包建業(yè) 

南京安世亞太公司

近年來，作為RockyDEM（離散元仿真工具）母公司的ESSS公司，其與ANSYS公司的合作逐漸加深。一方面，在銷售途徑上，其可以借助ANSYS公司的銷售渠道；另一方面，Rocky DEM已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了與ANSYS產(chǎn)品的技術(shù)聯(lián)合開發(fā)，其可以使用ANSYS的前后處理工具，并且能夠?qū)崿F(xiàn)與ANSYS產(chǎn)品的快速耦合計(jì)算，以及參數(shù)優(yōu)化等功能。

圖1-Rocky DEM可以集成在ANSYSWorkbench平臺(tái)下

DEM-CFD耦合方法對(duì)模擬顆粒-流體系統(tǒng)的作用非常巨大，能以數(shù)值仿真來擴(kuò)大顆粒-流體耦合的模擬處理范圍。復(fù)雜的物理現(xiàn)象，如氣力輸送、顆粒干燥、研磨機(jī)內(nèi)漿液流動(dòng)、甚至是顆粒與流體之間的化學(xué)反應(yīng)，都可以借助這種方法來實(shí)現(xiàn)仿真和分析。

圖2-Rocky與ANSYS集成后，F(xiàn)LUENT的計(jì)算結(jié)果可通過接口傳遞給Rocky

Rocky DEM作為ANSYS Workbench的組件，能夠與ANSYS Fluent進(jìn)行耦合計(jì)算，無需借助第三方工具。其耦合方式有兩種：單向和雙向耦合。

 

圖3-Rocky DEM與FLUENT耦合方式

圖4-Rocky DEM與FLUENT雙向流固耦合設(shè)定界面

在進(jìn)行耦合計(jì)算時(shí)，流體-顆粒相互作用的納維斯托克斯方程中的耦合項(xiàng)，考慮了阻力、升力浮力、虛擬質(zhì)量、角動(dòng)量和其他力。流體對(duì)顆粒的作用通過相間作用力（曳力）來實(shí)現(xiàn)的，而顆粒對(duì)流體的影響，則通過體積分?jǐn)?shù)和動(dòng)量交換力完成。

圖5-Rocky DEM與FLUENT耦合計(jì)算內(nèi)核

圖6-耦合計(jì)算中流體對(duì)顆粒的作用

圖7-耦合計(jì)算中顆粒對(duì)流體的影響

RockyDEM和Fluent單向耦合計(jì)算

風(fēng)移器在工業(yè)中通常用于分離不同質(zhì)量的顆粒。采用Rocky DEM和Fluent單向耦合的方式可以模擬出流體中輕顆粒上浮、重顆粒下沉的現(xiàn)象。在計(jì)算過程中，可以使用不同的阻力模型進(jìn)行計(jì)算。

圖8-Fluent中流體計(jì)算邊界條件和結(jié)果

  

 圖9-不同的阻力定律（Schiller-Noumann定律和Ganser定律）下顆粒的分離情況

RockyDEM和Fluent雙向耦合計(jì)算

工業(yè)中泵是常用的設(shè)備，當(dāng)傳遞的介質(zhì)含有顆粒時(shí)，顆粒與設(shè)備的相互作用是影響設(shè)備的重要因素。采用Rocky DEM和Fluent雙向耦合的方式，能夠考慮顆粒的形狀、顆粒的沉積、顆粒與顆粒之間的碰撞、顆粒與葉片以及壁面之間的碰撞等因素。

 

圖10-計(jì)算模型和邊界條件

圖11-顆粒在泵內(nèi)運(yùn)動(dòng)軌跡及堆積情況

圖12-泵內(nèi)流線和顆粒濃度分布