顆粒流仿真是通過數值模擬手段模擬由大量固體顆粒構成的系統的動態行為，能夠詳盡刻畫顆粒間的碰撞、擴散、堆積、破碎、混合等微觀交互，以及與流體介質的相互作用，從而預測顆粒流在各種工況下的宏觀表現。顆粒流仿真能夠揭示隱藏的風險因素，為產品研發、故障診斷、性能優化提供關鍵數據支撐。

• 能源與動力工程：應用于發動機吸入物模擬與燃燒室顆粒物行為分析。
• 環境保護與災害預防：涉及大氣污染擴散模擬與地質災害預警。
• 化工與材料工程：涵蓋反應器內顆粒流動與混合優化以及顆粒填充與成型過程控制。
• 農業與食品工程：應用于種子播撒與肥料施用技術優化以及糧食干燥與儲存過程管理。

顆粒流模擬仿真模塊

ParticlePro為積鼎科技自主研發的顆粒流模擬模塊，該模塊是基于拉格朗日粒子追蹤方法，專為解決復雜顆粒流動現象而設計，可用于發動機吸雨吸雹、發動機葉片顆粒流、微小粒子撞擊損傷等應用場景的仿真分析。

• 拉格朗日粒子追蹤

支持顆粒間的直接碰撞模型，考慮顆粒間的彈性碰撞、摩擦力等相互作用，以模擬顆粒群的集體行為。

• 耦合流場模型

集成了Langevin湍流擴散模型，用于描述顆粒在湍流背景下的隨機擴散行為，考慮了顆粒與流體微團之間的相對速度差異及湍流脈動對顆粒擴散的影響；稀相模型和密相模型的靈活切換，適應不同顆粒濃度條件下的模擬需求。

• 先進顆粒特性處理

顆粒旋轉模型，考慮顆粒在流場中因受力不平衡導致的自轉；馬格納斯升力模型，模擬顆粒在流場中由于形狀、旋轉和流體黏性引起的額外升力效應。

• 惰性傳熱處理

能夠模擬顆粒作為惰性物質在流場中傳遞熱量的過程，有助于分析顆粒溫度變化對流動行為、顆粒沉積、熱交換設備性能等方面的影響。

應用案例

案例一：發動機葉片顆粒防護優化

某航空發動機制造商利用該ParticlePro模塊對發動機葉片在飛行過程中遭遇吸雨吸雹的情況進行仿真。通過模擬碰撞過程，工程師們得以精確評估不同設計對葉片抗沖擊能力的影響，優化葉片材質、形狀及表面處理工藝。

應用模塊的拉格朗日粒子追蹤方法，可模擬雨滴、冰雹與葉片的碰撞過程，詳細記錄碰撞點、碰撞角度、碰撞速度以及碰撞后的顆粒破碎情況。重點關注不同碰撞條件下葉片所承受的沖擊力、變形情況以及潛在的疲勞損傷。

通過模擬應用，成功優化了發動機葉片設計，使得葉片抗雨滴、冰雹沖擊能力相較于原設計有顯著提高，降低了飛行過程中因顆粒沖擊導致的葉片損壞風險。

渦輪葉片顆粒流仿真

案例二：重力塔液滴冷卻優化

某化工廠采用重力塔進行工藝液體的冷卻處理，通過ParticlePro模塊所采用的歐拉-拉格朗日顆粒追蹤模型以及可壓縮模型對重力塔中液滴過程進行了數值模擬分析，數值模擬過程中考慮了液滴換熱效果。

應用該模擬模塊的拉格朗日粒子追蹤功能，模擬單個液滴在塔內的運動軌跡，包括液滴在重力、浮力、阻力、湍流作用下的上升、碰撞、蒸發等過程。重點關注液滴在填料層間的分布、蒸發速率以及與氣流的熱交換效果。

借助該模擬模塊，該化工廠成功優化了重力塔液滴冷卻過程，不僅提升了冷卻效率，還解決了塔底積液問題，確保了設備穩定運行。

重力塔中的液滴過程

國產自主流體仿真軟件CFDPro

CFDPro為基于有限體積法求解單相流/多相流NS方程的計算流體動力學仿真軟件，采用Level Set界面追蹤方法、具備領先的湍流模型、豐富的相變模型，配置燃燒模型和反應機理接口，更加適用于復雜的工程計算模擬分析。