基于不规则骨料堆积结构的混凝土水渗透性的研究

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作者 李凯 杨璐璐 史才军 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第12期99-106,共8页

为了揭示骨料形状对混凝土水渗透性的影响,基于超椭球颗粒构建了不规则骨料的几何模型,对伸长率、平整度、圆度、球形度等形状参数进行了量化表征。通过离散元方法实现了骨料动态堆积模拟,考虑了颗粒之间的相互作用力,建立了混凝土材料... 为了揭示骨料形状对混凝土水渗透性的影响,基于超椭球颗粒构建了不规则骨料的几何模型,对伸长率、平整度、圆度、球形度等形状参数进行了量化表征。通过离散元方法实现了骨料动态堆积模拟,考虑了颗粒之间的相互作用力,建立了混凝土材料的三相介观模型。采用基于格子玻尔兹曼模型的部分反弹算法研究了混凝土的水分传输行为,在验证模型正确性的基础上,探究了骨料含量和形状对混凝土水渗透性的影响。研究表明:混凝土的水分渗透系数随骨料体积分数增大呈现先降低后增加的变化趋势。当骨料体积分数大于50%时,界面过渡区相互交叠形成连通路径是导致混凝土水分渗透系数增加的主要原因。骨料形状的变化会改变传输路径和界面过渡区的体积分数,从而影响水渗透性。与平整度相比,伸长率对水分渗透系数的影响更为明显。随着圆度的不断增加,球形度先增大后减小,水分渗透系数则呈现相反的变化趋势。当圆度为1时,水分渗透系数达到最小值。 展开更多

关键词 混凝土 离散元模拟 超椭球 格子玻尔兹曼方法 水分渗透系数

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气固两相流介尺度LBM-DEM模型 被引量：12

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作者 王利民 邱小平 李静海 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第5期685-692,共8页

LBM-DEM耦合方法通常是指一种颗粒流体系统直接数值模拟算法,即是一种不引入经验曳力模型的计算方法,颗粒尺寸通常比计算网格的长度大一个量级,颗粒的受力通过表面的粘性力与压力积分获得,其优点是能描述每个颗粒周围的详细流场,产生详... LBM-DEM耦合方法通常是指一种颗粒流体系统直接数值模拟算法,即是一种不引入经验曳力模型的计算方法,颗粒尺寸通常比计算网格的长度大一个量级,颗粒的受力通过表面的粘性力与压力积分获得,其优点是能描述每个颗粒周围的详细流场,产生详细的颗粒-流体相互作用的动力学信息,可以探索颗粒流体界面的流动、传递和反应的详细信息及两相相互作用的本构关系,但其缺点是计算量巨大,无法应用于真实流化床过程模拟。本文针对气固流化床中的流体以及固体颗粒间的多相流体力学行为,建立了一种稠密气固两相流的介尺度LBMDEM模型,即LBM-DEM耦合的离散颗粒模型,实现在颗粒尺度上流化床的快速离散模拟。该耦合模型采用格子玻尔兹曼方法(LBM)描述气相的流动和传递行为,离散单元法(DEM)用于描述颗粒相的运动,并利用能量最小多尺度(EMMS)曳力解决气固耦合不成熟问题,以提高其模拟精度。通过经典快速流态化的模拟,验证了介尺度LBM-DEM耦合模型的有效性。模拟结果表明介尺度LBM-DEM模型是一种探索实验室规模气固系统的有力手段。 展开更多

关键词 介尺度 离散颗粒模型 格子玻尔兹曼方法 离散单元法 EMMS 曳力

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LBM-DEM四向耦合喷动床内介尺度模拟与分析 被引量：4

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作者 李斌 张尚彬 +3 位作者 滕昭钰 边禹铭 张健 巴星原 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第4期527-532,共6页

研究喷动床内颗粒的流动特性对于喷动床的设计和优化具有重要意义。基于气固两相流流动的LBMDEM四向耦合模型,对单孔射流喷动床中颗粒的流动进行数值模拟。其中,气相采用修正的格子玻尔兹曼方法,颗粒相采用离散单元法,流固之间受力的双... 研究喷动床内颗粒的流动特性对于喷动床的设计和优化具有重要意义。基于气固两相流流动的LBMDEM四向耦合模型,对单孔射流喷动床中颗粒的流动进行数值模拟。其中,气相采用修正的格子玻尔兹曼方法,颗粒相采用离散单元法,流固之间受力的双向耦合基于牛顿第三定律,颗粒与颗粒及颗粒与壁面的受力双向耦合采用软球模型。模拟得到了流化过程、颗粒与气体的速度分布、床层膨胀高度变化以及床宽对流化过程的影响。结果表明,喷动床内存在强烈的内循环,床宽增加导致颗粒运动能力减弱,射流速度增加使颗粒运动更加剧烈,床层膨胀高度增加。 展开更多

关键词 喷动床 四向耦合 格子玻尔兹曼方法 离散单元法 数值模拟

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基于LBM-DEM耦合模型的多孔射流喷动床内流动特性 被引量：2

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作者 李斌 张尚彬 +3 位作者 滕昭钰 张磊 巴兴原 刘哲 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第8期2603-2610,共8页

研究喷动床内颗粒的流动特性对于喷动床的设计和优化具有重要意义。基于格子Boltzmann方法(LBM)-离散单元法(DEM)的数学模型,综合考虑固体运动对流场的影响,气相采用修正后的格子Boltzmann方程计算,颗粒-颗粒以及颗粒-壁面之间的碰撞采... 研究喷动床内颗粒的流动特性对于喷动床的设计和优化具有重要意义。基于格子Boltzmann方法(LBM)-离散单元法(DEM)的数学模型,综合考虑固体运动对流场的影响,气相采用修正后的格子Boltzmann方程计算,颗粒-颗粒以及颗粒-壁面之间的碰撞采用离散单元法软球模型,颗粒所受气体曳力采用Gidaspow曳力模型,流固耦合基于牛顿第三定律,从介观角度深入剖析了多孔射流稠密气固流化床内流动机理。采用Fortran语言编程对上述模型进行求解,通过复现气泡在鼓泡床中的演化过程,有效验证了LBM-DEM耦合模型的准确性。研究了单喷口系统与多喷口系统在不同射流速度下的空隙率、颗粒拟温度、床层膨胀高度以及颗粒动能与势能等典型参数变化。结果表明:单喷口射流气速增加时,气体对颗粒的携带能力增强,喷泉区扩大,床内空隙率分布增大,速度脉动变大,颗粒拟温度升高,床层膨胀高度提高;而在多喷口系统中,相邻喷口间存在较强的横向扰动,在床层底部喷泉区出现明显射流合并,位于中心射流区域的颗粒获得较高动量,喷口数的增加使得床层膨胀高度提高27.50%,时均空隙率范围扩大,颗粒拟温度升高,且射流合并高度随喷口数量的增加而降低28.57%,颗粒势能增加66.07%,动能减少48.48%。以上分析结果表明基于修正格子Boltzmann方法与离散单元法相结合的耦合模型可以作为分析稠密气固两相流内在机理的有效工具。 展开更多

关键词 流固耦合 格子BOLTZMANN方法 离散单元法 喷动床

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基于离散单元法的群楼拆除爆破仿真模拟 被引量：1

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作者 张伟 《工程爆破》 2016年第6期8-12,共5页

基于青岛开发区一商场爆破工程,利用颗粒离散元法建立离散元网格实体模型,用多面体离散元法模拟分析拆除爆破中建筑物的倒塌过程。研发的网格实体模型详细模拟了建筑物从结构局部失稳到整体完全倒塌的整个过程,确定了爆堆轮廓线和爆堆尺... 基于青岛开发区一商场爆破工程,利用颗粒离散元法建立离散元网格实体模型,用多面体离散元法模拟分析拆除爆破中建筑物的倒塌过程。研发的网格实体模型详细模拟了建筑物从结构局部失稳到整体完全倒塌的整个过程,确定了爆堆轮廓线和爆堆尺寸,直观给出了爆破设计的效果。触地振动、冲击力变化分析结果表明:所给出的爆破方案可达到预期拆除爆破的效果,触地振动符合《爆破安全规程》要求;该模型可优化爆破设计,指导爆破施工,为建筑物拆除爆破的灾害预测与安全评估提供理论依据。 展开更多

关键词 拆除爆破 网格实体模型 离散单元法 爆堆轮廓 触地振动 仿真模拟

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模拟准脆性材料热开裂的热力耦合格构离散单元法 被引量：1

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作者 陈凌霄 田文祥 +3 位作者 马刚 程勇刚 王桥 周伟 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期1750-1760,1771,共12页

针对准脆性材料的热传导与热开裂问题,基于格构离散单元法(LDEM)提出新的热力耦合数值模型.通过格构离散体系与连续体传热过程的等效换算,结合格构单元的线膨胀公式,在LDEM中实现温度传导与裂纹扩展的数值模拟.以平板的热传导与热弹性... 针对准脆性材料的热传导与热开裂问题,基于格构离散单元法(LDEM)提出新的热力耦合数值模型.通过格构离散体系与连续体传热过程的等效换算,结合格构单元的线膨胀公式,在LDEM中实现温度传导与裂纹扩展的数值模拟.以平板的热传导与热弹性应力问题、由温度梯度与热失配引起的开裂问题为例,验证所提模型.将所提模型应用于细观混凝土温度-应力试验的数值模拟中.结果表明,LDEM热力耦合模型能够有效模拟准脆性材料的热传导过程、在温度影响下的裂纹萌生与扩展,是研究准脆性材料热开裂过程与机理的有力工具. 展开更多

关键词 格构离散单元法(ldem) 热力耦合 热传导 热开裂 准脆性材料

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基于格子—玻尔兹曼方法的裂缝导流能力流固耦合 被引量：1

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作者 徐加祥 丁云宏 +3 位作者 杨立峰 刘哲 高睿 王臻 《大庆石油地质与开发》 CAS CSCD 北大核心 2020年第4期94-100,共7页

为了定量研究不同类型支撑剂填充裂缝的导流能力及其影响因素,借助离散元方法构建了不同粒径范围内支撑剂在不同缝宽裂缝中的堆积模型,利用耦合的固体力学和格子—玻尔兹曼方法,分析了在闭合压力作用下支撑剂在水力裂缝中的嵌入程度及... 为了定量研究不同类型支撑剂填充裂缝的导流能力及其影响因素,借助离散元方法构建了不同粒径范围内支撑剂在不同缝宽裂缝中的堆积模型,利用耦合的固体力学和格子—玻尔兹曼方法,分析了在闭合压力作用下支撑剂在水力裂缝中的嵌入程度及缝宽变化,并以此为基础研究了支撑剂粒径和裂缝缝宽对水力裂缝渗透率和导流能力的影响。通过与实验数据进行对比验证了模型的准确性。模拟结果表明,随着初始缝宽的减小和支撑剂粒径的增大裂缝缝宽的减小程度不断增大,最大减小了31.95%,且初始缝宽对其影响较支撑剂粒径更为显著;水力裂缝的渗透率随着缝宽的减小和支撑剂粒径的增大而增大,但是随之应力敏感性更强,闭合压力作用下裂缝渗透率最大减小了93.37%;具有较高渗透率的窄裂缝,其导流能力相对于宽裂缝反而更小,说明相对于裂缝渗透率,裂缝宽度是影响裂缝导流能力的主要因素。 展开更多

关键词 支撑剂 导流能力 嵌入程度 离散元方法 格子—玻尔兹曼方法

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隧道突泥破坏的耦合格子Boltzmann-离散元法模拟 被引量：5

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作者 金磊 曾亚武 +1 位作者 程涛 李晶晶 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期1000-1009,共10页

为了探究隧道突泥灾害的灾变机制,开发了耦合格子Boltzmann–离散元法(LBM-DEM)数值计算平台并对隧道突泥破坏的演化过程进行了模拟,分析了致灾介质颗粒黏结强度、水压力及突泥口尺寸等因素对隧道突泥破坏特征的影响。结果表明:基于LBM-... 为了探究隧道突泥灾害的灾变机制,开发了耦合格子Boltzmann–离散元法(LBM-DEM)数值计算平台并对隧道突泥破坏的演化过程进行了模拟,分析了致灾介质颗粒黏结强度、水压力及突泥口尺寸等因素对隧道突泥破坏特征的影响。结果表明:基于LBM-DEM模拟能再现隧道突泥破坏"启动、加速、缓慢和稳定"等连续4个阶段的演化过程;无黏结的致灾介质突泥破坏形态近似为直线,有一定黏结强度的致灾介质突泥破坏形态总体呈圆弧或抛物线状,突泥破坏区扩展范围和稳定后的突泥量随着颗粒间黏结强度的增大而逐渐减小;水压力越大,突泥灾害发生后突泥量增长越快,最终的突泥量也越大,且颗粒间黏结强度较大时水压力的这种影响越显著;当致灾介质颗粒间无黏结时,不同突泥口尺寸的模型在稳定后突泥量和破坏区范围基本相同,而当颗粒间形成一定强度的黏结后,突泥口尺寸越大,突泥灾害发生后突泥量增长越快,稳定后的突泥量也越多;隧道突泥破坏是致灾岩土介质、水压和开挖三者综合作用的结果。 展开更多

关键词 隧道工程 突泥 格子Boltzmann方法(LBM) 离散元法(DEM) 颗粒–流体耦合

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基于LBM-IMB-DEM分析岩土多孔介质的渗透淤堵特性 被引量：4

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作者 金磊 曾亚武 +1 位作者 程涛 李晶晶 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期909-917,I0006,F0003,共11页

岩土多孔介质中发生的渗透淤堵本质上是渗流与颗粒耦合作用的结果。开发了适用于岩土渗流-颗粒耦合模拟的格子Boltzmann方法-浸入运动边界-离散元法(LBM-IMB-DEM)数值计算平台并对岩土多孔介质的渗透淤堵过程开展了孔隙尺度的模拟,分析... 岩土多孔介质中发生的渗透淤堵本质上是渗流与颗粒耦合作用的结果。开发了适用于岩土渗流-颗粒耦合模拟的格子Boltzmann方法-浸入运动边界-离散元法(LBM-IMB-DEM)数值计算平台并对岩土多孔介质的渗透淤堵过程开展了孔隙尺度的模拟,分析了多孔介质骨架颗粒分布、骨架颗粒粒径、孔隙率、骨架颗粒定向性及水压力等因素对其渗透淤堵特性的影响。结果表明:多孔介质中骨架颗粒的空间分布不同,其渗透淤堵特性也有所区别;多孔介质的骨架颗粒粒径或孔隙率越小,淤堵后的滞留颗粒越多,淤堵越严重;骨架颗粒定向性对淤堵特性有一定影响,当骨架颗粒为条形且其长轴与流动方向垂直时淤堵最为严重;随水压力增大,淤堵后滞留颗粒在多孔介质中的分布更趋于分散,淤堵更为严重;岩土多孔介质渗透淤堵的程度与其淤堵前的渗透性密切相关,透水性强的多孔介质相对不易发生淤堵。 展开更多

关键词 渗透淤堵 渗流-颗粒耦合 格子Boltzmann方法(LBM) 离散单元法(DEM) 岩土多孔介质

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基于LBM-DEM喷动床内换热特性介尺度数值模拟 被引量：1

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作者 张庆来 李斌 +2 位作者 王雨萌 范林达 陈宇翔 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第S01期331-339,共9页

为探究喷动床内稠密气固两相体系间的相互作用机理,基于格子Boltzmann方法(LBM)经典D2Q9双分布模型与离散单元法(DEM)软球弹性模型的结合,从介观角度建立了LBM-DEM耦合流动及换热模型。采用Fortran语言自主编程,针对不同射流入射速度下... 为探究喷动床内稠密气固两相体系间的相互作用机理,基于格子Boltzmann方法(LBM)经典D2Q9双分布模型与离散单元法(DEM)软球弹性模型的结合,从介观角度建立了LBM-DEM耦合流动及换热模型。采用Fortran语言自主编程,针对不同射流入射速度下的微型喷动床进行了数值模拟,并深入分析了床内稠密气、固两相及两相间的换热特性。同时,将模拟结果与实验及相关文献进行比对,有效验证了模型准确性。研究结果表明,床内颗粒对于气相温度场的演变具有较强的影响作用,气体入射速度越大,气相温度场变化速度越快,其温度梯度分布渐呈明显S状。颗粒在床体不同区域内的温升速率差异较大,而其在中间射流区停留时间的长短是决定粒间温度差异的主因;射流速度与床内整体换热强度成正比,且其影响作用存在一定量变过程;微型喷动床内3种换热方式以对流换热为主,100℃温差下,其占比达99%以上。射流入射速度与床内对流、辐射换热过程正相关,与导热过程成负相关;0.5~0.9 m/s速度范围内,射流速度对床内3种换热方式的占比影响仅在1‰,因此在低精度要求下此影响作用可忽略不计。以上分析结果表明:介观LBM-DEM耦合模型可以作为分析稠密流-固两相系统流动及换热内在机理的有效手段。 展开更多

关键词 格子玻尔兹曼方法 离散单元法 微型喷动床 气固两相流 对流换热 数值模拟

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基于LBM-DEM耦合计算模型的含水层内悬浮颗粒运动特性

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作者 马玖辰 崔阿凤 +1 位作者 吕林海 杨杰 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期149-160,共12页

基于格子Boltzmann法(LBM)与离散单元法(DEM)的基本理论,通过对格子单松弛模型演化方程进行修正,建立LBM-DEM耦合计算模型。引入浸没移动边界方法(IMB)处理复杂的流-固边界问题,利用编程软件MATLAB开发LBM-IMB-DEM耦合求解程序,对悬浮... 基于格子Boltzmann法(LBM)与离散单元法(DEM)的基本理论,通过对格子单松弛模型演化方程进行修正,建立LBM-DEM耦合计算模型。引入浸没移动边界方法(IMB)处理复杂的流-固边界问题,利用编程软件MATLAB开发LBM-IMB-DEM耦合求解程序,对悬浮颗粒在含水介质中的运动过程进行模拟计算。通过开展层析柱强制渗流试验,模拟DKT算例,验证了计算模型与求解方法的正确性;从孔隙尺度分析地下水动力、颗粒形貌和尺寸效应对含水层渗透性能的影响。结果表明:当进口流速为5×10^(-5) m/s,向含水介质注入球形硅微粉悬浮液时,含水层各区域的渗流速度均呈现下降、回升、稳定的3个连续阶段;随着渗流速度的降低,颗粒滞留率增加了47.4%,所选3个断面平均流速恢复率降低。将悬浮颗粒由球形硅微粉替换为非球形硅微粉后,所选3个断面的平均流速最大降幅分别提高了15.0%、11.4%、2.6%,恢复率依次降低了37.5%、69.6%、71.9%,含水介质的颗粒滞留率增加了47.9%。基于颗粒受力平衡分析可知,球形硅微粉转动惯量较低,易于滚动并脱离含水介质表面;同等效体积的非球形硅微粉比表面积更大,而且多絮凝成团,迁移过程中出现沉积或被孔喉捕获的机率提高,并且沉积后难以发生再释放过程。随着渗流速度的降低与含水介质计算区域的增加,悬浮颗粒形貌的变化对于含水层水动力场演化过程的影响程度增强。 展开更多

关键词 颗粒运移 格子Boltzmann方法(LBM) 离散单元法(DEM) 形貌特征 尺寸效应

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