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基于CFD-DEM的斜面平台对下降管内混合颗粒流动的影响 被引量：1
1
作者 孙雪峰 张德俐 +5 位作者 刘浩 高豪磊 马瑞 王芳 金德禄 易维明 《农业工程学报》 北大核心 2025年第5期240-249,共10页
为改善生物质热解过程中混合颗粒在下降管热解反应器内部流动时生物质颗粒扰动较小、混合不充分的问题,该研究探讨了管内斜面平台对陶瓷球和生物质颗粒流动的影响。以斜面平台的位置、倾斜角度和高度为试验因素,以生物质颗粒管内离散度... 为改善生物质热解过程中混合颗粒在下降管热解反应器内部流动时生物质颗粒扰动较小、混合不充分的问题,该研究探讨了管内斜面平台对陶瓷球和生物质颗粒流动的影响。以斜面平台的位置、倾斜角度和高度为试验因素,以生物质颗粒管内离散度为评判标准,通过计算流体力学与离散元法(computational fluid dynamics-discrete element method,CFD-DEM)耦合仿真对混合颗粒流动过程进行模拟,并利用粒子图像测速技术进行了验证。结果表明,斜面平台高度对生物质颗粒离散度影响最大,其次为位置和角度,最佳工作参数为斜面平台底部距下降管拐角处245 mm,高度为27 mm,角度为149°,相较于无斜面平台工况,生物质颗粒离散度提高了50.24%,进而提升了混合颗粒的混合程度。斜面平台的引入使得下降管内生物质颗粒和陶瓷球的轴向平均速度分别降低了14.38%和11.43%,平均停留时间分别升高了20.00%和5.75%,改变了无斜面平台时混合颗粒的向心流动特性,表现为抛物线形流动特性,打破了上疏下密的分布状态,使混合颗粒偏析降低,混合更为均匀。该研究结果能够为下降管式生物质热解反应器的设计与优化提供一定支持,有利于生物质快速热解技术的发展。 展开更多
关键词 生物质 下降管 计算机仿真 cfd-dem 气固两相流
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基于CFD-DEM的气送式稻麦兼用型高速播种机种子减速器设计与试验
2
作者 臧英 张美林 +3 位作者 黄子顺 姜有聪 钱诚 王在满 《农业机械学报》 北大核心 2025年第5期222-234,共13页
针对气送式稻麦兼用型高速播种机作业时种子输送速度快造成投种精度低、投种不稳定等问题,设计了一种基于旋风减速原理的种子减速器。采用CFD-DEM耦合仿真方法进行单因素试验,确定主要结构因素并选取适宜尺寸区间。为确定种子减速器结... 针对气送式稻麦兼用型高速播种机作业时种子输送速度快造成投种精度低、投种不稳定等问题,设计了一种基于旋风减速原理的种子减速器。采用CFD-DEM耦合仿真方法进行单因素试验,确定主要结构因素并选取适宜尺寸区间。为确定种子减速器结构参数,基于单因素试验结果开展了Box-Behnken正交组合仿真试验,结果表明:最佳结构尺寸为圆筒直径D为82.352 mm,圆筒长度H_(t)为101.364 mm,排气口直径D_(P)为25.0002 mm,锥筒长度H_(z)为67.9025 mm,此时籼稻种子出种口流速V_(1)和种子竖直速度V_(2)分别为5.212 m/s和0.462 m/s;粳稻种子出种口流速V_(1)和种子竖直速度V_(2)分别为5.339 m/s和0.473 m/s;小麦种子出种口流速V_(1)和种子竖直速度V_(2)分别为5.341 m/s和0.408 m/s。台架验证试验结果表明,在出种口处籼稻种子竖直速度为0.411 m/s,粳稻种子竖直速度为0.452 m/s,小麦种子竖直速度为0.457 m/s,与仿真试验结果较符合。条播性能台架试验结果表明,有种子减速器时排种成条效果明显优于无种子减速器情况,而且籼稻、粳稻和小麦排量均匀性变异系数分别由无种子减速器时41.61%、25%和37.84%依次降至9.10%、8.42%和8.49%,满足种子减速器性能要求。研究结果可为后续提高气送式稻麦兼用型播种机播种性能提供指导。 展开更多
关键词 高速播种机 稻麦兼用 种子减速器 cfd-dem
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基于CFD-DEM耦合的膨化颗粒饲料气力输送机理数值分析
3
作者 王昱 刘佳豪 +4 位作者 罗毅智 周星星 欧一志 齐海军 袁余 《农业机械学报》 北大核心 2025年第7期180-189,199,共11页
气力输送是水产饲喂的主要方式之一,然而目前气力输送过程中颗粒运动机理尚不清晰,以致气力输送系统的作业效率难以提升。本文以膨化颗粒饲料为对象,采用CFD-DEM气固耦合数值分析方法,构建双弯管颗粒饲料气力输送过程的数值分析模型,采... 气力输送是水产饲喂的主要方式之一,然而目前气力输送过程中颗粒运动机理尚不清晰,以致气力输送系统的作业效率难以提升。本文以膨化颗粒饲料为对象,采用CFD-DEM气固耦合数值分析方法,构建双弯管颗粒饲料气力输送过程的数值分析模型,采用Box-Behnken响应曲面法量化分析喂料速率、入口风速、弯管数对颗粒饲料料气输送比、出口速度和悬浮程度的影响。方差分析结果显示:喂料速率显著影响料气输送比。各因素对颗粒饲料末端速度影响由强到弱为入口风速、弯管数、喂料速率,各因素对颗粒饲料悬浮程度影响由强到弱为入口风速、喂料速率、弯管数。入口风速与颗粒的出口速度和颗粒在竖直方向的坐标、标准差成正比,当喂料速率小于35 g/s时入口风速对料气输送比无显著影响。随着入口风速提高,颗粒的出口速度提高,颗粒悬浮程度上升,表明气力输送系统的输送性能增强。当入口风速为20 m/s、喂料速率为27.232/s、无弯管时,料气输送比为0.966,颗粒出口速度为12.48 m/s,竖直方向坐标为-3.944 mm,标准差为8.805 mm。研究结果为提升气力输送系统的效率和优化设计提供了理论依据。 展开更多
关键词 颗粒饲料 气力输送 cfd-dem耦合 数值分析
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基于CFD-DEM方法的安全壳碎片迁移流固耦合数值模拟研究
4
作者 张丰弢 章静 +3 位作者 巫英伟 贺亚男 田文喜 秋穗正 《原子能科学技术》 北大核心 2025年第6期1284-1293,共10页
当核电厂发生冷却剂丧失事故(LOCA)时,破口介质的喷射过程会导致大量碎片迅速进入安全壳内部,这不仅显著增大滤网处的压降,还可能阻碍安全系统中冷却水的正常循环过程,进而影响事故后反应堆的安全运行。本文基于典型碎片迁移试验台架,... 当核电厂发生冷却剂丧失事故(LOCA)时,破口介质的喷射过程会导致大量碎片迅速进入安全壳内部,这不仅显著增大滤网处的压降,还可能阻碍安全系统中冷却水的正常循环过程,进而影响事故后反应堆的安全运行。本文基于典型碎片迁移试验台架,结合计算流体力学(CFD)与离散单元法(DEM)建立了碎片迁移分析模型,并在验证数值模型准确性的基础上,重点研究了流速变化及碎片堆积对迁移过程的影响,分析了不同流速下碎片的迁移行为及堆积特性。结果表明,入口流速及碎片堆积形态对碎片的迁移行为和迁移份额具有显著影响,低流速下,碎片因回流效应和结构件阻隔,在流道前端堆积形成静止区;而高流速下,碎片迁移距离增大,堆积发生在结构件前的低速回流区,流道边缘的回流效应使碎片向边缘迁移。碎片堆积对流道流场与压力场的影响较为局部,主要表现为碎片堆处流速减缓和迎流面局部正压区引起的压降增大。研究成果为核电厂内部碎片迁移过程的优化设计与安全评估提供了理论依据与技术支持。 展开更多
关键词 碎片迁移 流场分析 cfd-dem 堆积特性 数值模拟
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基于CFD-DEM的循环阀清洁器携屑特性研究
5
作者 胡伟 关宁 +3 位作者 张燕萍 徐丙贵 张金亚 朱宏武 《石油机械》 北大核心 2025年第7期42-49,共8页
在钻井过程中,低效的钻屑输运会导致环空岩屑体积分数升高、等效循环密度(ECD)增大,从而引起工具磨损和井漏等问题。为此,开发了一种新型的井眼环空循环阀清洁器。基于H-B非牛顿流体模型,采用耦合的CFD-DEM计算方法,建立了多级井眼环空... 在钻井过程中,低效的钻屑输运会导致环空岩屑体积分数升高、等效循环密度(ECD)增大,从而引起工具磨损和井漏等问题。为此,开发了一种新型的井眼环空循环阀清洁器。基于H-B非牛顿流体模型,采用耦合的CFD-DEM计算方法,建立了多级井眼环空中循环阀清洁器的携屑特性数值计算模型。分析了循环阀清洁器水眼数量、水眼直径、水眼角度以及钻杆转速对携屑性能的影响。研究结果表明:增大水眼直径和数量,提高钻杆转速,均会导致环空岩屑体积分数升高,岩屑输运效率显著降低;当水眼数量为3、直径为10 mm时,携屑效果最佳;随着水眼角度增大,岩屑输运效率先增加后减小;在水眼角度为30°时,岩屑输运效率最高;在垂直井眼中,循环阀清洁器的旋转会产生旋流效应,容易引起岩屑的螺旋运移,从而延长岩屑在井眼中的停留时间,导致岩屑输运效率显著下降;转速越大,旋流作用越强,岩屑输运效果越差。在上述最优参数下,使用该清洁器后,环空井眼流量提升了近58%,整体岩屑输运效率提升了近10%。研究结论对提高环空岩屑输运效率,确保高效、安全的油气开发具有重要意义。 展开更多
关键词 多级井眼 循环阀清洁器 岩屑输运效率 cfd-dem 水眼 钻杆转速
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基于CFD-DEM方法的煤气化渣气流分级提炭模拟研究
6
作者 李向阳 张乾 +2 位作者 李乐 白慧 黄伟 《太原理工大学学报》 北大核心 2025年第1期34-43,共10页
【目的】煤气化渣提炭分质是实现其减量化、无害化、资源化利用的重要手段,气流分级法因其能够高效处理细粒级物料且无废水、废气排放而具有独特优势。【方法】基于CFD-DEM模拟,研究卧式涡轮气流分级机内气固流动状况,探明进气方向和涡... 【目的】煤气化渣提炭分质是实现其减量化、无害化、资源化利用的重要手段,气流分级法因其能够高效处理细粒级物料且无废水、废气排放而具有独特优势。【方法】基于CFD-DEM模拟,研究卧式涡轮气流分级机内气固流动状况,探明进气方向和涡轮转向的匹配关系,明确炭颗粒和灰颗粒的流动机制。优化涡轮气流分级机中进气口方向,预测入口气速和涡轮转速对气化细渣气流分级提炭效率的影响。【结果】结果表明:涡轮气流分级机的进气方向对流场分布和气化细渣提炭效率有显著影响。切向进气口易导致在分级区和淘洗区产生相互干扰的次级漩涡,影响气化渣炭和灰颗粒分离效率。优化切向进气为垂直向上后,避免了淘洗区和分级区相互干扰,消除了涡轮和叶片之间次级漩涡,改善并稳定了分级区内的流场,提高了气化细渣提炭效率。在优化后的涡轮气流分级机中,通过匹配入口气速与涡轮转速,富炭渣产品中的炭含量可达80.95%,炭回收率可达59.83%。 展开更多
关键词 煤气化渣 气流分级机 cfd-dem 流场特性 颗粒运动特征
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基于CFD-DEM的种子联合收获机气流清种仿真分析
7
作者 夏圣博 李耀明 +2 位作者 姬魁洲 杜拓 王法政 《农机化研究》 北大核心 2025年第4期1-8,共8页
针对现有种子联合收获机在收获后籽粒输运搅龙、杂余搅龙和卸粮搅龙处会残留种子的问题,在上述部位添加了清种气流,并分析在这些机构内使用气流清理残留种粒的可行性。从螺旋搅龙转速和清种入口气流速度这两个因素对清种效果的影响进行... 针对现有种子联合收获机在收获后籽粒输运搅龙、杂余搅龙和卸粮搅龙处会残留种子的问题,在上述部位添加了清种气流,并分析在这些机构内使用气流清理残留种粒的可行性。从螺旋搅龙转速和清种入口气流速度这两个因素对清种效果的影响进行研究,开展卸粮搅龙机构内气固两相流的数值仿真,并基于计算流体力学-离散单元法(CFD-DEM)进行耦合求解,获得了清种过程中气相与颗粒相的速度分布及运动轨迹。结果表明:螺旋搅龙的运动状态对清种气流的通过性有显著影响;当螺旋搅龙处在高转速状态时,清种气流衰减速度较快,此状态下难以有效地利用气流进行清种;气流速度对清种效果影响显著,余种数量和清种所用时间随气流速度升高而降低,但当气流速度过快时会使种子撞击在螺旋搅龙叶片上产生反流和飞溅现象,从而影响清种效果。仿真表明,最优清种气流速度为50 m/s。 展开更多
关键词 种子联合收获机 气流清种 仿真分析 cfd-dem 水稻种子
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基于CFD-DEM的三级配混凝土振动响应研究
8
作者 陈雨杰 田正宏 何丽平 《混凝土》 北大核心 2025年第6期23-28,共6页
为研究在插入式振捣作用下三级配混凝土的动力响应,基于计算流体动力学(CFD)和离散元(DEM)的方法,构建了三级配混凝土在振捣作用下的细观模型,分析在振捣过程中骨料配位数、位移场、转动场、速度场、能量的变化规律,结论如下:振捣过程中... 为研究在插入式振捣作用下三级配混凝土的动力响应,基于计算流体动力学(CFD)和离散元(DEM)的方法,构建了三级配混凝土在振捣作用下的细观模型,分析在振捣过程中骨料配位数、位移场、转动场、速度场、能量的变化规律,结论如下:振捣过程中,骨料配位数呈现先减小后增大的趋势,振捣结束时的骨料配位数大于振捣之前的骨料配位数;骨料竖直向位移大于水平向位移,位移变化速度前者大于后者;骨料主要发生绕Z轴的转动,同时伴随着绕X轴、Y轴的转动,其转动大致呈现先增大后趋于稳定的趋势;骨料速度大小呈现先增大后减小的趋势,速度范围前期逐步增大,后趋于稳定;骨料的平动及转动动能均呈现先增大后减小最后稳定的趋势。上述结论可为深入研究三级配混凝土振捣密实理论提供参考。 展开更多
关键词 插入式振捣 三级配混凝土 cfd-dem 骨料配位数 密实性
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基于CFD-DEM耦合模型的弯管起旋装置优化及减磨效果研究
9
作者 宋海豪 徐雪萌 +3 位作者 尚坤 张汉山 李炳贤 贾会梅 《包装工程》 北大核心 2025年第13期186-196,共11页
目的通过优化气力输送系统中弯管的结构,从而降低弯管磨损的问题。方法在弯管磨损中心切向处添加起旋装置,将弯管中的轴流输送转变为旋流输送。主管道轴线与起旋装置的中心轴线夹角为55°,保持弯管的气速为20 m/s,通过CFD-DEM,对比... 目的通过优化气力输送系统中弯管的结构,从而降低弯管磨损的问题。方法在弯管磨损中心切向处添加起旋装置,将弯管中的轴流输送转变为旋流输送。主管道轴线与起旋装置的中心轴线夹角为55°,保持弯管的气速为20 m/s,通过CFD-DEM,对比小麦颗粒在起旋装置气速分别为20、30、40 m/s时的流场特性。结果基于CFD-DEM对弯管内部颗粒进行运动仿真,分别对比了2种装置的静压、迹线图、旋流强度、颗粒分布图等指标,发现导流叶片式的静压将与旋流强度均大于旋流管道式,螺旋效果更优。通过建立实验平台进行实验验证,实验结果与仿真结果相吻合。结论导流叶片式更适合弯管输送,起旋效果明显,颗粒在弯管内分布均匀,整体呈螺旋前进,可以更有效地减少弯管与颗粒之间的磨损。 展开更多
关键词 粮食颗粒 旋流输送 弯管磨损 cfd-dem
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基于粗粒化CFD-DEM耦合的球磨机钢球级配优化
10
作者 唐良彪 涂福泉 +3 位作者 徐淼 陈向东 高路萍 白云 《烧结球团》 北大核心 2025年第2期87-94,142,共9页
球磨机在选矿过程中扮演着关键角色,其性能直接影响后续分选效率和经济收益。本文针对球磨机性能优化方法所存在的高成本和低效率问题,提出了一种基于粗粒化CFD-DEM双向耦合方法研究钢球级配对研磨效率的影响。该方法使用粗粒化模型将... 球磨机在选矿过程中扮演着关键角色,其性能直接影响后续分选效率和经济收益。本文针对球磨机性能优化方法所存在的高成本和低效率问题,提出了一种基于粗粒化CFD-DEM双向耦合方法研究钢球级配对研磨效率的影响。该方法使用粗粒化模型将原始系统中一定数量的粒子由粗粒系统中较大的粒子表示。通过模拟不同钢球级配方案,分析了不同矿石粒度的比能量消耗和球磨机总功耗。试验结果表明,推荐方案一[m(■80)∶m(■60)∶m(■30)=40∶25∶35]的总功率消耗比现场方案[m(■100)=100]低7.5%,耗散功率低5.2%,且在破碎[8,3] mm和[3.0,0.5] mm矿石颗粒时,累积比功率最高,破碎效果最佳。粗粒化CFD-DEM双向耦合方法的应用有效降低了大规模颗粒系统的计算开销,提高了球磨机研磨过程模拟的计算效率,为球磨机优化设计提供了更高效的实践指导。 展开更多
关键词 球磨机 钢球级配优化 粗粒化cfd-dem耦合 数值模拟 磨矿效率
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基于CFD-DEM耦合的混凝土输送弯管冲蚀磨损数值模拟
11
作者 樊新波 王桂红 +1 位作者 罗杨 刘灿 《南方农机》 2025年第S1期125-128,共4页
【目的】解决混凝土泵车弯管冲蚀磨损问题,提高施工质量与资源利用率。【方法】基于CFD-DEM耦合方法的数值模拟框架,构建了非牛顿流体-颗粒两相流耦合作用下的冲蚀分析模型,分析了弯管外侧的磨损以及曲率半径对管道磨损的影响。【结果... 【目的】解决混凝土泵车弯管冲蚀磨损问题,提高施工质量与资源利用率。【方法】基于CFD-DEM耦合方法的数值模拟框架,构建了非牛顿流体-颗粒两相流耦合作用下的冲蚀分析模型,分析了弯管外侧的磨损以及曲率半径对管道磨损的影响。【结果】1)弯管外侧75°区域为最大磨损位置,其形成机制受颗粒离心聚集、二次流输送及高冲击频率共同作用,仿真预测最大磨损速率为7.46×10-7mm/s,弯管寿命约5.2万方,与实际工程数据(4万方~6万方)基本一致;2)曲率半径(R/D)增大可显著降低颗粒冲击强度与磨损速率,有利于延长弯管寿命。【结论】本研究可为弯管几何优化与耐磨材料设计提供理论依据,对提升混凝土泵送系统的安全性与经济性具有工程指导价值。 展开更多
关键词 混凝土弯管 cfd-dem耦合 冲蚀磨损
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基于CFD-DEM耦合的水射流锂-油解聚特征研究
12
作者 严培轩 柳忠彬 +2 位作者 彭帝 杨彪 王志恒 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第12期5266-5272,共7页
锂渣具有很高的回收再利用价值,针对锂渣回收过程中存在的表面保护剂与表面生成物(扩散泵油与氢氧化锂)阻碍回收效率以及在回收过程中存在反应不受控制出现爆炸等问题。提出通过水射流对锂渣表面保护剂与表面生成物进行冲击脱附并防止... 锂渣具有很高的回收再利用价值,针对锂渣回收过程中存在的表面保护剂与表面生成物(扩散泵油与氢氧化锂)阻碍回收效率以及在回收过程中存在反应不受控制出现爆炸等问题。提出通过水射流对锂渣表面保护剂与表面生成物进行冲击脱附并防止反应爆炸的方法,依据锂渣、表面保护剂与生成物氢氧化锂结合关系提出油-锂-氢氧化锂颗粒桥接模型,并在此基础上进一步建立水射流计算流体力学-离散单元法(computational fluid dynamics-discrete element method,CFD-DEM)3组份耦合解聚模型,探讨在不同压力下水射流对油-锂-氢氧化锂桥接模型的冲击解聚特征。结果表明:油-锂-氢氧化锂颗粒黏结键破坏时间与射流压力关系呈反比关系,油-锂-氢氧化锂桥接模型中颗粒黏结键在0.1 MPa射流压力冲击0.05 s后,破坏率能达到95%以上;当射流压力达到0.5 MPa及以上时,黏结键破坏率达到95%时,用时仅0.015 s,可有效去除锂渣表面保护剂的同时,能及时去除氢氧化锂及其形成的泡沫,实现处理安全、高效、连续消化作业。研究成果对水射流技术应用于活泼金属的回收具有较强的指导意义,可应用于锂渣的高效可控安全消化回收领域。 展开更多
关键词 水射流 颗粒分离 锂-油 流体力学-离散单元法(cfd-dem)
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基于CFD-DEM的物料转运过程诱导风流场与产尘因素分析 被引量：4
13
作者 汤亮 陈全 +2 位作者 龚发云 刘洁 沈嘉禾 《机械设计》 CSCD 北大核心 2024年第1期63-69,共7页
为了揭示颗粒物料在皮带机转运过程中的粉尘运移规律问题,推导了含有水平初速度的颗粒物料转运过程中的诱导气流方程,并采用CFD-DEM耦合方法对转运过程中的颗粒分布与诱导风流场特性进行了研究,分析了颗粒物料的落料高度、质量流量和初... 为了揭示颗粒物料在皮带机转运过程中的粉尘运移规律问题,推导了含有水平初速度的颗粒物料转运过程中的诱导气流方程,并采用CFD-DEM耦合方法对转运过程中的颗粒分布与诱导风流场特性进行了研究,分析了颗粒物料的落料高度、质量流量和初速度对颗粒逸散与诱导气流的影响。结果表明:颗粒在弧形下落阶段速度逐渐提高,挤压碰撞阶段颗粒速度先降低后提高,最后趋于稳定,部分颗粒出现逸散现象;含尘气流在颗粒物料弧形下落阶段和挤压碰撞阶段扩散较为明显;诱导气流速度与颗粒物料质量流量和初始速度呈正比关系,颗粒物料质量流量与诱导气流速度呈幂函数关系,拟合曲线幂指数为0.6~0.74。 展开更多
关键词 cfd-dem 颗粒物料转运 诱导风 流场分析
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基于CFD-DEM算法的气力输送气固两相流特性分析 被引量：10
14
作者 禹言芳 石博文 +2 位作者 孟辉波 丁鹏程 姚云娟 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期1133-1144,共12页
超轻粉体颗粒由于质量较小,在运输过程中易受气流扰动而飘散,物料的管道气力输送过程不稳定,易发生堵塞。为了研究超轻粉体颗粒在旋流气力输送中气固两相流流动特性,采用计算流体力学与离散单元法(CFD-DEM),对Komax型静态混合器内气固... 超轻粉体颗粒由于质量较小,在运输过程中易受气流扰动而飘散,物料的管道气力输送过程不稳定,易发生堵塞。为了研究超轻粉体颗粒在旋流气力输送中气固两相流流动特性,采用计算流体力学与离散单元法(CFD-DEM),对Komax型静态混合器内气固两相流动特性进行数值模拟研究。研究发现,带有Komax型元件的水平管道可以改变颗粒的流动情况,改善了水平管道内颗粒堆积和分布不均匀的现象;分别从颗粒相和流体相的流动状态分析得到元件长径比Ar=3时为最优几何结构;通过正交实验极差分析得到影响气固两相流动特性的因素顺序:输送气速>颗粒质量流量>颗粒粒径。当元件Ar=3时,颗粒-颗粒和颗粒-管壁的碰撞次数与碰撞强度呈现负相关,结合出口颗粒流分散状态,优选输送气速为3~4m/s;主要考虑输送气速对管内压降的影响,提出了带有Komax型元件的水平管道气力运输过程中压降与输送气速和轴向位置的经验拟合式。 展开更多
关键词 静态混合器 多相流 稀相旋流气力输送 颗粒流 cfd-dem耦合法 流动特性
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基于CFD-DEM的流-固耦合数值建模方法研究进展 被引量：17
15
作者 蔡国庆 刁显锋 +3 位作者 杨芮 王北辰 高帅 刘韬 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期17-32,共16页
随着土体渗流侵蚀研究的逐渐深入,对土颗粒流失和变形破坏机理的研究方法呈现出多尺度的特点。其中,计算流体力学-离散元耦合方法(CFD-DEM)为在细观尺度上研究流-固耦合相互作用对土体宏观力学特性的影响提供了一种行之有效的方法。针对... 随着土体渗流侵蚀研究的逐渐深入,对土颗粒流失和变形破坏机理的研究方法呈现出多尺度的特点。其中,计算流体力学-离散元耦合方法(CFD-DEM)为在细观尺度上研究流-固耦合相互作用对土体宏观力学特性的影响提供了一种行之有效的方法。针对CFD-DEM耦合方法在岩土工程领域应用现状,本文系统总结现有流-固耦合计算方法的优缺点,重点论述CFD-DEM耦合方法的建模策略,包括固相颗粒形状建模与粒间接触模型、流体相控制方程及参数计算方法,以及CFD-DEM耦合计算,并就相关问题进行深入探讨,最后提出了CFD-DEM耦合方法未来的发展方向。 展开更多
关键词 cfd-dem 流-固耦合 颗粒建模 流体建模 流-固相互作用力
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流场涡旋中颗粒碰撞黏附机制的CFD-DEM(XDLVO)模拟 被引量：1
16
作者 林喆 吴亚红 +1 位作者 郭语妍 秦志宏 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期1625-1635,共11页
混凝装备中流场的涡旋特征是影响煤泥水等微细颗粒絮凝效果的关键因素之一。为解析流场涡旋影响颗粒混凝碰撞与黏附机制,以圆柱绕流产生的涡街为代表性涡旋流场,采用CFD方法模拟了流速和圆柱直径对流场涡旋强度和尺度的影响;引入XDLVO... 混凝装备中流场的涡旋特征是影响煤泥水等微细颗粒絮凝效果的关键因素之一。为解析流场涡旋影响颗粒混凝碰撞与黏附机制,以圆柱绕流产生的涡街为代表性涡旋流场,采用CFD方法模拟了流速和圆柱直径对流场涡旋强度和尺度的影响;引入XDLVO理论辅助描述离散元方法中颗粒间的相互作用力,对粒径为25~100μm颗粒在上述流场中的碰撞与黏附过程进行CFD-DEM模拟,并试验验证。结果表明,在流速0.06~0.12 m/s、圆柱直径2~6 mm、雷诺数为120~720条件下,圆柱绕流场中的涡旋半径(r)与圆柱直径(D)的关系近似为r=0.133 3D+0.421 4,与流速无显著相关性;涡旋中心的最大涡量与流速成正比,涡旋强度与圆柱直径的2次方正相关。CFD-DEM(XDLVO)模拟方法获得的黏附聚集体的特征参数与试验结果吻合较好,说明其可较准确地描述圆柱绕流场中颗粒的碰撞与黏附过程。对流场涡旋分布特征和聚集体在流场分区中分布特征的分析表明,流场中的涡旋通过惯性离心力使颗粒远离涡旋中心向涡旋周边的黏性剪切区富集,在改变颗粒运动方向的同时,增加了颗粒在黏性区的局部浓度,从而提高了颗粒的碰撞概率,有效促进了颗粒的黏附并大。当涡旋尺度为物料粒径的10倍左右时最有利于颗粒的碰撞黏附,因此可根据应用场景的物料粒度来优化设计绕流圆柱直径,使其达到最好的黏附效果。 展开更多
关键词 碰撞黏附 XDLVO cfd-dem 圆柱绕流 涡旋
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基于CFD-DEM耦合的梯级溜槽的设计与分析 被引量：2
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作者 孙晓霞 胡枫 孟文俊 《中国工程机械学报》 北大核心 2024年第5期652-656,661,共6页
针对传统物料转运过程中溜槽和输送带磨损严重、出口处粉尘浓度过高的问题,建立含臂架的梯级溜槽几何模型,采用基于计算流体力学与离散单元法(CFD-DEM)耦合的数值模拟方法,分析了臂架对转运溜槽的磨损以及对其出口处粉尘排放浓度的影响... 针对传统物料转运过程中溜槽和输送带磨损严重、出口处粉尘浓度过高的问题,建立含臂架的梯级溜槽几何模型,采用基于计算流体力学与离散单元法(CFD-DEM)耦合的数值模拟方法,分析了臂架对转运溜槽的磨损以及对其出口处粉尘排放浓度的影响。仿真结果表明:含臂架的梯级溜槽可以有效控制物料流的速度和方向,降低对溜槽内表面的冲击磨损,降低出口处的粉尘量。 展开更多
关键词 转运溜槽 计算流体力学与离散单元法(cfd-dem)耦合 粉尘
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基于CFD-DEM流化床内静电效应影响的数值研究 被引量：1
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作者 李斌 范林达 +1 位作者 王太 刘鹏宇 《洁净煤技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S02期428-435,共8页
气固流化床由于具有传热传质效率高等优点,因此在煤化工、煤燃烧和煤炭分选等领域得到广泛应用。但在流化过程中,颗粒与颗粒或壁面间频繁接触、碰撞,导致颗粒表面产生电荷,从而发生颗粒黏附到反应器壁、颗粒团聚和静电放电等现象,影响... 气固流化床由于具有传热传质效率高等优点,因此在煤化工、煤燃烧和煤炭分选等领域得到广泛应用。但在流化过程中,颗粒与颗粒或壁面间频繁接触、碰撞,导致颗粒表面产生电荷,从而发生颗粒黏附到反应器壁、颗粒团聚和静电放电等现象,影响颗粒运动状态、空隙率、混合程度等特性,甚至引发生产事故。为探究静电效应对流化床内气固两相流动特性的影响,基于开发的双网格CFD-DEM模拟程序,耦合静电力模型,对单孔射流流化床内气固两相流化过程进行数值模拟,从床层整体和典型区域示踪颗粒2种角度对考虑静电力前后流化床内气固两相流动特性进行研究。结果表明:考虑静电力后,颗粒分布更加分散,床层空隙率增大,床层膨胀高度增加,相同初始位置颗粒的运动轨迹发生改变;流化床内颗粒运动及速度分布近似呈轴对称分布,滞止区颗粒竖直和水平速度始终接近于零;随着颗粒携带电荷量升高,流化床内喷泉区颗粒速度矢量逐渐稀疏,喷射区颗粒速度矢量逐渐密集,Lacey混合指数呈现一定程度的减缓。以上研究结果及方法可为进一步研究工作和工程实际应用提供参考。 展开更多
关键词 流化床 两相流 cfd-dem 静电效应 双网格
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基于CFD-DEM方法的组合管路磨损特性研究
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作者 彭光杰 徐慕远 +1 位作者 姬广超 常浩 《水电能源科学》 北大核心 2024年第12期72-76,共5页
鉴于管道磨损对于确保管道系统的安全、经济和可持续运行至关重要,基于计算流体力学——离散元耦合法(CFD-DEM),对一种由2个90°弯头组成的组合管路固液两相流磨损特性进行了数值模拟研究。结果表明,在颗粒体积浓度保持恒定的情况下... 鉴于管道磨损对于确保管道系统的安全、经济和可持续运行至关重要,基于计算流体力学——离散元耦合法(CFD-DEM),对一种由2个90°弯头组成的组合管路固液两相流磨损特性进行了数值模拟研究。结果表明,在颗粒体积浓度保持恒定的情况下,随着流速的增加,磨损率将呈指数型增长,并与碰撞速度的2.41次方成正比;随着颗粒浓度的增加,2个弯头的碰撞频率和磨损率的增长率出现了不同的变化,高浓度工况下管道内更易出现“护盾效应”;弯头间距的增大使得颗粒的流动更为充分,同时削弱了弯头内二次流的影响,导致颗粒与壁面接触的次数减少,碰撞频率和磨损率也随之降低;在相同浓度的混合粒径工况下,粒径的增加将导致弯头壁面的平均磨损率减少,然而大颗粒的惯性力增加将导致弯头壁面的最大磨损率增加。研究结果为组合管路的抗磨损性能提升提供了理论支撑。 展开更多
关键词 组合管路 cfd-dem 磨损特性 数值模拟 固液两相流
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CFD-DEM方法研究下降管结构对颗粒流动的影响 被引量：8
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作者 刘浩 马瑞 +4 位作者 孙雪峰 高豪磊 张德俐 王芳 易维明 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第13期205-213,共9页
为了明确不同下降管结构内陶瓷球和生物质颗粒的流动规律,对比研究了方形和圆形下降管对颗粒轴向速度、颗粒碰撞率和生物质停留时间的影响,同时考察了管径对颗粒轴向速度和生物质停留时间的影响。搭建了CFD-DEM耦合框架,并利用粒子图像... 为了明确不同下降管结构内陶瓷球和生物质颗粒的流动规律,对比研究了方形和圆形下降管对颗粒轴向速度、颗粒碰撞率和生物质停留时间的影响,同时考察了管径对颗粒轴向速度和生物质停留时间的影响。搭建了CFD-DEM耦合框架,并利用粒子图像测速技术对模拟进行了速度验证。试验结果表明,模拟结果与试验结果吻合良好;混合颗粒在圆管中的时均轴向速度高于方管,圆管中陶瓷球的最大轴向速度比方管高10%左右;不同管径大小下降管中的颗粒轴向速度差异主要体现在下降管的转弯处,管径60、70和80 mm下降管转弯处的陶瓷球速度依次损失了37%、40%、45%左右,生物质的速度依次损失了49%、52%、54%左右;方管中生物质与壁面的接触碰撞频率更高,圆管中生物质与陶瓷球的接触碰撞频率更高,两种管中分别约为23%和39%的生物质颗粒与陶瓷球接触;陶瓷球的加入后方管和圆管中的生物质停留时间分布离散程度分别增加了10%和17%。研究结果为下降管热解装置中的颗粒流动状态分析及结构设计和优化提供了依据。 展开更多
关键词 生物质 下降管 计算机仿真 cfd-dem 气固两相流
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