基于CFD-DEM耦合的固定床管式反应器流体流动特性数值模拟

采用计算流体力学(CFD)-离散单元法(DEM)耦合法对催化剂颗粒堆积密度不同的固定床管式反应器内部的流体流动特性进行数值模拟,探索流体在通过床层时速度场、压力场的分布规律。结果表明:增大颗粒下落的初始速度能够增大床层的堆积密度,采用5 m/s的初速度堆积的床层比以自身重力自由填充的床层堆积更多的颗粒,床层的孔隙率减小了6.64%,床层的堆积密度增大了5.48%;堆积密度的增大可使床层的压力降最多增加44.29%,使介质在床层内的停留时间增加,接触时间延长。     

颗粒包覆过程的数值模拟方法比较研究

综述全颗粒和单颗粒均匀包覆的颗粒包覆研究层次;对比表面更新模型、蒙特卡罗模拟方法、分区群体平衡模型、DEM-C-PBM模型、CFD-DEM模型等包覆过程数值模拟方法,提出CFD-DEM模型是单颗粒层次的数值模拟方法;基于颗粒包覆数值模拟方法的比较分析,针对颗粒包覆过程的多场耦合特征,提出CFD-DEM-CVD多尺度模型,将宏观流体尺度、介观颗粒尺度、微观材料沉积尺度耦合起来进行包覆过程数值模拟;提出颗粒包覆过程准确数值模拟的发展趋势是基于单颗粒尺度的表面均匀包覆机理研究和基于反应器尺度的物理场分布研究相耦合的多尺度研究方法。     

食用菌培养室热湿耦合场的数值模拟研究

为解决食用菌培养室温湿度分布不均、出菇不同步等问题,以北京市某食用菌工厂为研究对象,基于计算流体力学方法建立食用菌培养室的热湿耦合场模型,根据现场实测数据与经验数据所确定的边界条件,对食用菌培养室进行三维数值模拟,相对湿度场的平均相对误差为1.5％,温度场的平均相对误差为3.6％,验证了该模型的准确性与可行性.模拟时将...     

基于CFD-DEM的湿颗粒气力输送数值模拟

【目的】为了探索水平管中湿颗粒气力输送的内在机制,开发液桥轮廓由凸到凹的液桥力模型,实现对颗粒含水率的精准调控,分析不同含水率颗粒在输送过程中的动力学特性变化规律。【方法】采用计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)和离散元法(discrete element method, DEM)双向耦合的数值模拟方法,通过对弯头外侧中心线的颗粒速度分析对比,验证数值模型的正确性以及网格的无关性。【结果】干颗粒沉降在管道底部,表现为管底流的运动状态,湿颗粒因液桥力的作用而形成紧密的颗粒团块,以单粒子和颗粒团2种形式进行运动,并且颗粒含水率越大,颗粒团聚现象越严重;湿颗粒的输送速度明显比干颗粒低,且随着颗粒含水率的增加,颗粒的平均输送速度呈下降趋势。【结论】相对于干颗粒输送,湿颗粒输送流动性更弱、输送效率更低以及能耗更高,在实际工业应用中,应当对湿颗粒进行前处理,以便于气力输送的无故障进行。     

回转窑内颗粒轴向混合运动的数值模拟

为了研究不同粒径颗粒在水平回转窑内轴向混合运动机理,采用离散元软件EDEM对窑内颗粒轴向混合过程进行数值模拟,引入颗粒接触数动态跟踪颗粒的混合过程,以大、小颗粒接触数来衡量颗粒间的混合程度。结果表明:活动层内颗粒的运动速度较大;小颗粒轴向运动的主要方式是透过大颗粒间的间隙向大颗粒群渗透。     

基于CFD-DEM耦合的导向钻头井底岩屑运移特性分析

为了探究旋转导向钻具在导向钻进过程中井底岩屑运移规律,采用计算流体动力学和离散单元法耦合算法(CFD-DEM)建立描述井底钻井液与岩屑颗粒复杂两相流动的模型,运用有限元软件与离散元软件分析旋转导向钻具井底岩屑颗粒的运动学特性;探讨旋转导向钻头偏置角度、钻井液流速、钻头转速、岩屑颗粒粒径对井底岩屑颗粒运移特性的影响规律。结果表明：提高转速与钻井液流速,岩屑颗粒的运移速度随之增大,对于井底岩屑颗粒的运移起到正反馈的作用,可提高井底清洁度;岩屑颗粒粒径的增大会减小岩屑颗粒的运移速度,当岩屑颗粒的直径大于3 mm时,岩屑运移速度减小更加明显;旋转导向钻具钻头偏置会导致井底空间结构的变化,岩屑颗粒动能和钻井液水力能量也会削弱,最终会加剧钻头磨损,产生泥包等。     

基于离散单元法球形颗粒碰撞破碎行为的数值模拟

采用离散单元法,基于Hertz-Mindlin粘结接触模型,对2个球形颗粒在水平方向上的对心碰撞破碎过程进行数值模拟研究,分析相对速度及粒径比k为1.2、1.4、1.6对颗粒破碎行为的影响。结果表明:撞击速度较小时,颗粒碰撞后未破碎,但是内部出现局部粘结键的断裂,宏观表现为裂纹;随着撞击速度的增大,颗粒出现破裂或完全破碎;不同粒径比的2个颗粒碰撞时,小颗粒比大颗粒破碎严重,粒径比为1.6时,粒径较小的颗粒碰撞后获得的动量最大,粒径比为1.4时次之,粒径比为1.2时最小。     

文丘里粉体喷射器内部颗粒运动特性的联合仿真

采用计算流体力学-离散单元法(CFD-DEM)耦合方法,对文丘里粉体喷射器内部5种不同粒径球形颗粒组成的颗粒群的气力输送过程进行数值模拟;分析颗粒的运动轨迹,发现部分颗粒在吸收室的底部聚集,颗粒在文丘里喷射器内部的运动集中分布在输送管道的中下部位,小尺寸颗粒速度较快,颗粒尺寸越大,颗粒与颗粒碰撞次数越多,颗粒与壁面碰撞次数越少;采用离散单元法-有限单元分析(DEM-FEA)耦合方法对颗粒与壁面碰撞引起的壁面应力变化进行分析。结果表明,喷射器在喷嘴出口处附近和吸收室底部出现应力峰值。     

颗粒离散单元法数值模拟与典型实验对比研究

为了验证离散单元法的可靠性,尤其是Hertz-Mindlin模型参数设置的准确性,进行颗粒装填孔隙率、颗粒下落弹跳、颗粒堆积倾斜休止角3个典型颗粒行为的数值模拟及实验对比研究。结果表明:自由落体的玻璃颗粒装填后的孔隙率先随颗粒装填数量的增加而减小,然后基本保持不变,与实验结果吻合;颗粒碰撞弹跳模拟可得到和实验一致的颗粒自由落体高度变化图;颗粒的粒径越小,休止角越大,与数值模拟定量吻合,颗粒数量需要达到一定范围,休止角才能准确测量;离散单元法和Hertz-Mindlin模型的可靠性得到验证,并给出一套模拟参数设置,可用于颗粒其他行为的深入研究。     

轴向固定床反应器内压降的数值模拟与分析

固定床反应器的压降变化对化学反应效果影响较大,而以实验为主的研究方法无法实时和形象地表达固定床内压降的变化规律.在CSP概念的基础上,以不同管径比为参数建立了轴向固定床反应器的物理模型;利用计算流体动力学软件FLUENT对空隙率ψ=0.48、0.63和0.69等3种不同的催化剂排布方式进行了数值模拟,结果表明,ψ=0.48时反应器内压降最大,而ψ=0.63、0.69时反应器内出现多个回流区域,其耦合结果使整个反应器内的压降在ψ=0.69时最小.分析认为,对于不同类型的化学反应,应采用不同的催化剂排布方式才能达到最佳的反应效果.     

基于CFD-DEM方法的柱状颗粒在弯管中输送过程的数值模拟

针对物料在气力输送过程中特别是弯管部分易破碎的问题,采用计算流体力学(CFD)和离散单元法(DEM)耦合模拟弯管内的柱状颗粒气力输送过程,对弯径比k分别为1、2、3、4、6的90°弯管内柱状颗粒的运动状态、碰撞特性、破碎原因及相关的力学特性进行研究。结果表明:球形颗粒与柱状颗粒在输送过程中遵循基本一致的变化规律,同样外部条件下,柱状颗粒的悬浮速度小于球形颗粒。当k=3时气力输送过程颗粒的破碎率最低。同时,颗粒与管壁的碰撞是造成颗粒破碎的主要原因。     

导爆索水孔爆破数值模拟及其应用研究

利用大型有限元程序对导爆索水孔爆破的爆破过程进行了数值模拟,研究了爆炸应力波在混凝土介质中的传播规律.为深入了解混凝土爆破损伤破坏过程和导爆索水孔爆破机理提供了一种有效方法,对实际爆破工程有十分重要的意义.     

基于Leonov模型的纤维悬浮聚合物流动的数值模拟

基于Leonov本构模型,建立了与悬浮纤维取向描述相耦合的纤维悬浮聚合物熔体的数学模型。该模型包括在热力学基础上建立的描述非等温聚合物熔体性质的Leonov本构模型、增强纤维尺度上表征悬浮纤维的纤维取向模型和对宏观流场进行描述的守恒方程组。文中使用该数学模型对纤维悬浮聚合物熔体在4∶1平板收缩腔中的流动进行了数值模拟,并对增强纤维产生的应力分布和热力学Leonov本构模型中的应力结果进行了分析。数值结果表明,对于纤维增强聚合物复合材料成型过程的数值模拟,基于Leonov本构模型而建立的纤维悬浮聚合物熔体的数学模型合理有效。     

连轴体成形工艺模拟分析

根据连轴体件凸缘较宽、凸台较高且直径较小、壁厚不均匀等结构特点及成形难点,制定了拉深和挤压2种工艺方案。采用有限元数值模拟,对2种成形工艺的模拟结果分析表明：采用拉深工艺时,成形力小,成形质量差;采用挤压工艺时,成形力大,成形质量好。通过对挤压工艺坯料形状的改进,降低了成形载荷并提高成形质量。     

Numerical Simulation of Natural Convection Flow Over Parabolic Bodies

Steady, two-dimensional and symmetric natural convection flow over parabolic bodies are investigated numerically. The full Navier–Stokes and energy equations were solved using the finite element technique. Solutions for the velocity and temperature distributions are obtained for different values of the flow parameters. In addition, the local and average Nusselt number distributions are obtained and presented. For all cases considered, the following parameters are studied: nose radius of curvature of the parabolic body, Grashof number, and Prandtl number. It was found that as the nose radius of curvature of the parabolic body is increased, the local and average values of the Nusselt number are decreased. On the other hand, an increase in the Grashof or Prandtl number is found to increase the local and average Nusselt number.This paper is dedicated to A. Bany-Youness. He passed away in 2003 and the components of this paper have been collected from his M.Sc. thesis work after his death.     

高速列车客室内部流场计算流体动力学数值模拟

针对高速列车的车厢内温度场和流场进行CFD模拟分析,对车内热舒适性做出评价。本文计算得出列车车厢在4500m3/h的送风量和18℃的送风温度下,车厢内的平均温度约为24.9℃,PMV值介于0~1.0,车厢内的热环境为中等舒适状态。车厢内的空气龄较小,乘客区气流分布较为合理。部分区域,如行李架和车厢后部,存在温度偏高和空气龄较大的现象。     

平板收缩流的对数构象模拟?

本文采用对数构象方法,结合同位网格有限体积离散,对由 Oldroyd-B 本构模型描述的粘弹性流体流动的高 We 数问题(High Weissenberg Number Problem, HWNP)进行了研究,对等温不可压条件下的平面 Poiseuille 流和4:1平板收缩流进行了数值模拟.平面 Poiseuille 流在不同 We 数时的数值结果验证了对数构象方法在简单流动中的有效性.在4:1粘弹性收缩流的数值模拟中,对数构象方法和传统方法在低 We 数时流场中的流线、应力等的对比结果验证了对数构象方法在复杂流动中的有效性.高 We 数时的数值结果表明:对于 Oldroyd-B 模型,对数构象方法可提高求解时的稳定性,并可将临界 We 数由传统方法的2.5提高到5.0.     

消声器内部流场的数值模拟

通过建立消声器的内部流场的物理模型和数学模型,利用Fluent软件对其流场进行了数值模拟,并就消声器内部流场对消声性能的影响进行了分析,为消声器的结构设计提供了一种可靠的指导方法。     

对撞超声速射流场的数值模拟研究

为了探讨对撞式气流粉碎机内部的对撞超声速射流流场结构对粉碎过程的影响,本文中通过数值模拟的方法,对该流场结构进行了研究。通过建立不同的模型,对射流出口与对称平面的距离对粉碎过程的影响,以及射流外围的流动情况进行了分析,为高效气流粉碎机的设计提供了参考依据。