Rocky離散元軟件

CFD仿真

2017年4月19日 17:02

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Rocky離散元軟件

概述

離散元法（DEM）是一個相對較新的技術，用來模擬顆粒物料的流動，這些物料的類型包括沙子、礦石、谷物等。由于大多數的顆粒物料的流動難以用精確的連續性方程解決，離散元法通過模擬感興趣的系統中的每一個固體顆粒的運動，來避免這個問題。與連續方法相比，DEM的主要優勢是在粒子尺度上獲得信息。例如，當預測顆粒破碎時應用到每一個顆粒上的能量都必須要計算。DEM技術在很大程度上依賴于計算機能力和高效的現代并行編程技術，近年來隨著計算機技術的進步得到了很大的發展，DEM成為工程模擬中實用的工具。

Rocky是由Granular Dynamics International, LLC和Engineering Simulation and Scientific Software Company (ESSS)公司共同開發的功能強大的DEM軟件包。它是一個共享內存的并行軟件，能夠快速解決顆粒動力學問題。

特色功能

在商業DEM軟件中，Rocky的獨特之處在于：

考慮了真正的非球形顆粒形狀

在不損失質量和體積的情況下模擬破碎的能力

能考慮磨損的邊界表面形狀變化的影響

粘性接觸和干接觸流變學

3D表面磨損修改

振動邊界

與ANSYS軟件集成

360°全景視角轉換

典型應用

該軟件首先在采礦工業中有大量的應用，目前也擴展到許多其它固體顆粒流動的問題中。

圖1 Rocky軟件中可用的顆粒形狀

Rocky具有幾個獨特的功能。首先，Rocky是根據實際的工程問題開發而來。用戶從軟件中得到的信息不僅僅包括漂亮的圖片和視頻，還包括對工程師來說一些非常重要的參數。這些參數包括運動機構的功率、切變和沖擊磨損、力、流速等。軟件包含的物理模型都經過公司內部的咨詢項目和世界各地用戶的實際案例測試過。

Rocky軟件另一個重要的特點是模擬非圓形顆粒的能力。其它DEM軟件依靠球形集群，但是在Rocky軟件中，你在屏幕上看到的形狀就是模擬中的實際形狀。這使我們能夠模擬的形狀更接近現實，且沒有質量和體積損失的情況下正確的模擬顆粒破碎，在球形顆粒中是不能達到的。Rocky中可以模擬的顆粒形狀如圖1所示。圖1顯示的是Rocky軟件的一個典型的應用，模擬了一個輸送槽的性能。輸送槽是采礦業中應用非常普遍的重力輸送裝置，主要用于輸送物料的方向急劇變化的情況。

圖2顯示的是Rocky在采礦業中應用的另一個例子，模擬整個破碎機。這個特殊模擬的規模超過了一百萬顆顆粒和七十萬邊界要素，在DEM標準里這種模擬的規模是相當大的。Rocky是一種有效的共享內存并行軟件，可以相當快的處理這類問題。

圖2 模擬破碎機內顆粒流動，模擬規模超過100萬顆粒

圖3 展示了Rocky軟件一個更加獨特的特點，模擬邊界物理磨損的能力。軟件收集顆粒對邊界實施的剪切功，且根據剪切功成比例的消除邊界體積。此功能預測由于磨損產生的邊界變化影響顆粒流動的特性是非常有用的。

圖3 Rocky軟件預測磨器的磨損。左側是一個新的磨器，右側是磨損模擬之后的同一個裝置

顆粒破碎仿真是Rocky軟件的另一個重要特點。Rocky中的破碎模型結合采礦業和游戲產業中的模型來預測顆粒能量、強度和破碎過程中產生的碎片。圖片4展現了破碎模型的應用案例——這是一個新的概念裝置（共軛砧和錘式粉碎機），由Conveyor Dynamics, Inc開發用于采礦業的顆粒處理裝置。

圖4 模擬研磨裝置內的顆粒破碎

Rocky軟件從2.2.0版本起可以與ANSYS Structural和ANSYS Fluent進行耦合計算。粒子施加到邊界上的力可以輸出到ANSYS Structural軟件，由此計算產生的變形。圖5顯示的是Rocky中計算振動篩上的顆粒運動。第一個驗證耦合方法的實驗數據來自TUNRA實驗室（紐卡斯爾大學，澳大利亞），傳送槽周圍的空氣流動且仿真數據與實驗數據吻合。負責研發Rocky的母公司屬于采礦業，自然地大部分的用戶也一直在這個部門。然而，在最近的幾個月中，該軟件在其他行業中得到普及，如農業（圖6谷物流動）、制藥（Rocky被用于模擬片劑包衣）、材料搬運、建筑行業（圖7和圖8模擬輸送機和卡車裝載站周圍土壤流動）及其他。Rocky的應用沒有行業限制，能夠在任何情況下準確的預測固體顆粒的運動。