顆粒流動的案例
CFDPro顆粒流仿真 | 基于拉格朗日粒子追蹤方法，模擬復雜顆粒的流動現象
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。
展開 NO.5 顆粒流動
Keywords: DEM(離散元)
Tools: LS-PrePost , LS-DYNA SMP
用DEM模擬顆粒流動
十六、DPM模型-顆粒流動
顆粒流動問題是很多同學目前正在研究的問題，這類問題一般來說都比較復雜，Fluent提供了多種模型對這類問題進行模擬，包括DPM、DDPM、DEM、PBM等，上述的每種模型都有其適用的工況，并不通用，這次我們介紹一下DPM模型。
由于DPM的復雜性，本文只對Fluent中DPM的操作進行一些簡單的設置，一些設置的具體依據，我們在下一次文章中詳細講解一下。
1 概念介紹
首先我們介紹一下拉格朗日法和歐拉法，理解起來很簡單，拉格朗日法是以某一質點的運動作為研究對象，觀察這一質點在流場中由一點移動到另一點時，其運動參數的變化規律；歐拉法以某一流場區域作為研究對象，研究各時刻質點在流場中的變化規律。
顯然，拉格朗日法更適用于描述顆粒運動，而歐拉法更適用于描述流體運動。DPM模型就是基于這兩種方法進行流體相和顆粒相的模擬，它使用歐拉法描述流體運動，使用拉格朗日法描述顆粒運動。
DPM適用條件：DPM模型只適用于顆粒相體積分數小于10%，同時不考慮顆粒體積。不考慮顆粒和顆粒之間的相互作用力，但可以考慮顆粒和流體之間的相互作用。
2 模型描述
本例的模型采用三通管模型，如圖所示。模型有兩個入口和一個出口，分別為INLET_Y、INLET_Z和OUTLET，含顆粒物的空氣從INLET_Z進口流入計算域內，最后經OUTLET流出。
3 導入網格
使用Workbench打開工程文件，文件在本文末尾鏈接資源內。
4 Scale網格尺寸
Scale修改網格尺寸。如圖所示。
確保計算域尺寸是我們所需要的。
展開 PFC單向流固耦合——模擬顆粒落入流動的水中
PFC中流固耦合有三種方式：
1、單向流固耦合（one_way）：也就是顆粒受流體作用，但是流體不受影響。
2、利用達西定律實現雙向耦合
3、和第三方的算法或者流體軟件進行耦合(比如OpenFOAM)
這里做一個單向耦合的小例子——模擬顆粒落入流動的水中。
由于當水比較多的時候，流速不太容易受到下落的顆粒影響，這里簡化為單向耦合是合理的。
首先生成cfd網格和顆粒。這里的網格使用我之前帖子中生成方形網格的小程序生成節點和單元文件。
new
domain extent -3 3
wall generate box -2 2 -1 1 -0.5 2
wall delete walls range id 2[x_pos=0.5]
[height=1]
[box_chicun=0.5]
[rdMin=0.01]
[rdMax=0.03]ball generate radius [rdMin] [rdMax] number 1000 tries 2000000 range x [x_pos+rdMin] [x_pos+box_chicun-rdMin] ...
展開 
Rocky離散元軟件
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。
圖5 Rocky軟件中模擬振動篩上顆粒流動（上面）和ANSYS Structural軟件中模擬篩的變形；Rocky中預測節點力輸出到ANSYS
圖6 Rocky軟件模擬谷物流動
圖7 輸送機機架周圍土壤流動
圖8 模擬移動式輸送機周圍土壤流動
展開 Fluent能夠做的事
首先是流動，fluent提供了非常豐富的流動模型，不僅可以模擬層流，同樣還可以模擬湍流，其中湍流提供了很多的模擬，比如著名的k-ε模型、Spalart-Allmaras 模型、k-ω模型、雷諾應力模型（RSM）、大渦模擬模型（LES）等。模型的選擇和工況有關，當模型選擇不合適的時候，計算結果可能不那么精確。
其次是傳熱，fluent模擬傳熱時，只需要將能量方程選項打開，就能夠模擬熱傳導的熱對流了。但是如果想要模擬熱輻射，則需要單獨打開輻射換熱模型。輻射換熱也分了很多種類，在此不細說了。總是涉及到換熱和流動的，fluent基本都能夠模擬。同時fluent還專門提供了換熱器模型，當你需要對換熱器進行模擬時，可以打開這個模型
fluent還可以模擬多相流，fluent提供了比較多的多相流模型，比如VOF模型（適用于分層流、自由面流動、晃動、大氣泡流動、噴射衰竭表面張力預測等等）、混合模型（適用于氣泡流、粒子負載流、沉降及旋風分離器）、歐拉多相流是比較復雜的流動（適用于顆粒懸浮、流化床等）。
fluent還提供了離散型模型，用于模擬顆粒的流動，主要有DPM模型（稀疏的顆粒流動）、DDPM模型（稠密的顆粒流動）、PBM模型（使用歐拉方法求解顆粒流動）
傳質問題，fluent可以使用不同的方法模擬蒸發、冷凝、凝固、融化，自帶的求解器也能夠解決這樣的問題。
同時fluent組分輸運模型可以用來模擬化學反應，主要用于模擬燃燒過程
fluent能夠求解電勢方程，模擬電鍍、腐蝕、流體電池等問題，還可以模擬靜電除塵問題。
展開 Ansys半導體制造工藝解決方案
回流爐內傳熱分析
主要物理模型及邊界條件
分析設置
分析結果
電烤箱應用案例
優化方案
? 優化目標：提升風速和溫度分布均勻性
? 改進措施 ：減少氣體回流，優化隔板間隙
燈芯效應分析應用案例
燈芯效應分析結果
混合攪拌
Fluent中的多相流模型
顆粒流動的分類
顆粒流動模擬方案
分析方法
顆粒流動模型(DPM)
顆粒溶解
粉料混合
深圳市優飛迪科技有限公司成立于2010年，是一家專注于產品開發平臺解決方案與物聯網技術開發的國家級高新技術企業。
十多年來，優飛迪科技在數字孿生、工業軟件尤其仿真技術、物聯網技術開發等領域積累了豐富的經驗，并在這些領域擁有數十項獨立自主的知識產權。同時，優飛迪科技也與國際和國內的主要頭部工業軟件廠商建立了戰略合作關系，能夠為客戶提供完整的產品開發平臺解決方案。
優飛迪科技技術團隊實力雄厚，主要成員均來自于國內外頂尖學府、并在相關領域有豐富的工作經驗，能為客戶提供“全心U+端到端服務”。
展開 活動邀請 | 探索Ansys Rocky-將多物理仿真擴展到顆粒動力學
Demo2：Ansys Motion & Ansys Rocky耦合應用
簡介：本DEMO將介紹利用離散元軟件Ansys Rocky和多體動力學軟件Ansys Motion之間的雙向耦合能力，模擬分析裝載機鏟斗從地面坑中鏟取物料顆粒時的性能，研究物料顆粒作用于鏟斗部件上的作用力、以及顆粒之間的流動狀態等。
Update---基于離散元原理的顆粒流模擬軟件Rocky 2021.R2.2
散裝固體是一個大的固體顆粒的集合，又稱顆粒流介質。顆粒介質流動在礦業工程的典型例子是礦石通過移動的采礦機械設備運輸。顆粒流的運動模擬比較復雜，因為這些流動可能是固體，也可能是液體，或兩種行為的組合。例如沙子在沙漏的行為像一個液體，而沙子本身存在固體的應力應變關系。如同PFC的工作機理一樣，Rocky是一種無網格的方法，不求解連續體問題的運動方程。因此，不需要材料的應力應變關系，相反，通過DEM模擬后的結果可以輸出應力應變關系。每個顆粒的運動方程都通過時間進行積分。已知的總力是接觸力(顆粒與邊界之間)和體力, 典型的體力是重力、液體，靜電力、電磁力等。Rocky的計算流程如下：(1) 建立幾何模型；(2) 選擇物理模型；(3) 指定運動方式；(4) 設置材料參數；(5) 設置顆粒相互作用參數；(6) 產生顆粒幾何尺寸; (7) 設置顆粒流動參數；(8) 設置求解參數；(9) 開始計算 。
展開 FLUENT多相流案例之五：基于歐拉模型的二維均勻流化床仿真 ￥299
Fluent軟件的歐拉模型為研究含復雜相間遷移的固體顆粒流動提供了重要的建模工具。盡管歐拉模型對相關物理進行了嚴格的數學描述，但模型中使用的阻力定律在本質上仍然是半經驗的。因此，正確地預測顆粒床由于界面阻力和物體力之間的平衡而處于懸浮狀態的臨界或最小流態化條件是至關重要的。本算例的以UDF的形式定義該關系式，有兩個DEFINE_EXCHANGE_PROPERTY函數，僅列出部分截圖。
流化過程動畫
收費文件列表
LS-DYNA從頭開始學系列 應用教學1——DEM的生成及參數標定 ￥100
</p><p>大家都知道DEM（離散單元法）是模擬顆粒流動以及巖土類介質破壞的重要工具，業界鼎鼎大名的Altair-EDEM、PFC以及ANSYS-RockyDEM都是解決顆粒物質力學仿真的明星產品。但是，作為顯式動力學計算鼻祖的LS-DYNA也是早早引進了DEM方法，并提供了多物理場耦合的強大功能。LS-DYNA采用離散元可以進行實現的不僅包括基本的物料運輸，還能與其強大的瞬態求解器進行耦合，模擬沖擊爆炸產生的材料破碎問題以及與流場耦合的多相流問題。</p><p>本貼是LS-DYNA DEM教學系列的第一帖，旨在幫大家理解如何用ls-prepost與lsdyna完成一站式dem仿真，不借助其他任何工具，step by step,專門服務于LS-DYNA初學者。帖子的主要內容分為三部分：DEM粒子生成，DEM顆粒接觸參數及bond(平行粘結模型)參數詳解，FEM-DEM模擬混凝土進行單軸壓縮與巴西圓盤試驗實戰。</p><p>首先，為大家展示一下兩種試驗的結果。
展開 
第四屆全國過程模擬與仿真大會召開，積鼎科技相伴大會4年成長
會議期間，積鼎展示了在過程工程領域，包括非牛頓流體仿真、顆粒流動仿真及化工反應釜等應用場景。通過與行業用戶的深度交流，積極響應工程上的實際需求，不斷優化產品功能和用戶體驗，為客戶提供更加高效精準的解決方案。
此次大會的成功舉辦，不僅加強了計算機模擬與仿真領域的學術交流，也為積鼎科技等代表企業提供了展示實力的寶貴機會。積鼎將秉承開放合作的理念，樂意與國內外優秀CAx/PLM/AI合作伙伴協作，打造可持續發展的CAx良好生態，共同推動流體仿真技術的發展。
ANSYS FLUENT 多相流模型 附ANSYS Fluent Customization
自然和工程中多數流動現象都是多相的混合流動。物理上物質的相分為氣相、液相和固相。但在多相流系統中相的概念意義更廣泛。在多相流中，相被定義為一種對浸沒其中的流體及勢場有特定的慣性響應及相互作用的可分辨的物質。例如，同一種物質的不同尺寸顆粒都可以被看作不同的相，因為相同尺寸的顆粒集合對流場具有相似的動力學響應。
多相流具有多種存在方式，以兩相體系為例，可分為：氣液多相體系；氣固多相體系；液固多相體系；不相溶的液液體系。
FLUENT中的多相流模型
ANSYS FLUENT 提供了豐富的多相流模型，被廣泛應用于能源化工、環境工程、冶金礦山、汽車、航空航天、農業、醫療等各個行業：
? Lagrangian Dispersed Phase Model (DPM)
? Volume of Fluid model (VOF)
? Eulerian Model
? Mixture Model
DPM模型：追蹤離散顆粒的運動軌跡，如噴霧干燥爐、煤粉爐、液體燃料噴霧燃燒等，顆粒噴入后，可以和連續相間進行熱量、質量和動量的傳遞；
FLUENT中引入的DDPM模型和EDM模型，更有效的考慮了顆粒間的相互碰撞和彈性力等因素，能很好的模擬密相顆粒流。
展開 從 CFD 到 DEM：積鼎流體仿真技術拓展與協同互補之路
一、CFD 與 DEM 概念解析及適用領域
CFD 作為計算流體動力學的核心技術，通過離散化求解納維 - 斯托克斯方程，在模擬流體流動、傳熱及化學反應等方面表現卓越。在航空航天領域，CFD 能夠精準模擬飛行器周圍的氣流，助力優化外形設計，降低空氣阻力，提升飛行性能；在汽車工業中，它可以模擬發動機內的燃燒過程，提高燃油效率。然而，CFD 并非萬能，尤其在處理顆粒體系時存在明顯短板。當面對高濃度顆粒 - 流體兩相流，如礦石研磨、氣力輸送等場景，CFD 將顆粒相視為連續介質的簡化處理方式，難以捕捉顆粒間復雜的相互作用，對顆粒運動軌跡和碰撞行為的模擬精度大打折扣。而且，對于復雜形狀和特殊性質的顆粒，CFD 在網格生成和特性考慮上困難重重，容易引入數值誤差。
與 CFD 不同，DEM 專注于顆粒材料行為模擬。它把每個顆粒當作離散個體，跟蹤其位置、速度和旋轉狀態，通過一系列力定律模擬顆粒間的相互作用。在建筑行業的混凝土攪拌過程模擬中，DEM 能精確考慮水泥顆粒與骨料的形狀、性質差異，優化攪拌工藝，提升混凝土質量；在糧倉谷物存儲模擬里，它可預測谷物堆積形狀和密度分布，保障存儲穩定高效。DEM 在處理復雜顆粒特性和相互作用方面的獨特優勢，恰好彌補了 CFD 的不足。
二、DEM 的獨特優勢
（一）精確描述顆粒個體行為
DEM 最大的優勢之一在于能夠精確描述每個顆粒的個體行為。它可以詳細跟蹤每個顆粒的位置、速度和旋轉狀態隨時間的變化。在模擬顆粒流動過程時，DEM 能夠清晰展現顆粒的運動軌跡，以及顆粒之間的碰撞、摩擦和堆積等現象。以糧倉中谷物顆粒的存儲為例，DEM 可以模擬谷物在倉內的填充過程，預測谷物堆積的形狀和密度分布，幫助優化糧倉的設計，確保存儲的穩定性和高效性。這種對顆粒個體行為的精確模擬，是 CFD 難以企及的。
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針對不同學科方向，Altair 還提供了特色化的專業平臺：SimSolid 打破了傳統網格依賴，特別適合大型裝配體的快速力學分析；EDEM 可用于顆粒動力學模擬，常見于農機、礦機和制藥相關的科研課題；Feko 支持電磁學研究，涵蓋天線、電磁兼容及雷達散射等場景。
憑借這些先進工具，Altair 為科研人員和工程師打造了一體化平臺，讓結構設計、材料研究、動力學、電磁、顆粒流動以及 AI 預測建模實現真正的多學科融合與創新突破。
我們堅信，當人工智能與仿真技術深度融合，必將為廣大師生與研究人員賦能，從而在科研征程中不斷突破創新，邁向更高遠的學術巔峰，攜手推動科技領域的跨越式發展。
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院校青年教師或在讀博士生（從事科研或技術創新性的橫向課題，需要用到 CAE 仿真軟件者）
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申請條件
項目執行過程中發表至少一篇中文核心期刊以上的論文或高質量的應用論文
申請流程
申請者需填寫申請表格，通過 Altair 公司審批后，雙方簽署協議，執行合作。
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