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關注創(chuàng)建者:匿名 創(chuàng)建時間:2026-01-04
顆粒分離的視頻教程
Acusolve+EDEM耦合分析案例:振動篩顆粒分離仿真-耦合離散元EDEM
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顆粒分離的實例教程
過濾是指通過特殊裝置將顆粒移除,將流體提純凈化的過程。過濾的方式很多,應用的物系也很廣泛,固-液、固-氣、大顆粒-小顆粒等。本文主要講述如何通過Fluent軟件實現(xiàn)在設備工作場景中的顆粒分離/過濾。
目錄
1. Eulerian method(瞬態(tài)方法)
2. DPM
3. DDPM
1. Eulerian method(瞬態(tài)方法)
此方法適用于高負載(顆粒體積含率較高)的情況。
? 固定速度:多孔介質中第二相(次要相)顆粒速度設置為0
? 多孔介質/膜外面的顆粒將會堆積
? 堆積的顆粒造成的壓降通過顆粒與流體之間的曳力描述
假設所有的顆粒都被捕捉,將多孔介質中的顆粒速度約束為0,從而阻止顆粒通過多孔介質。
2.DPM
方法:一系列的穩(wěn)態(tài)仿真結果(也可應用于非穩(wěn)態(tài)計算)
(1) 通過UDsF獲得顆粒在膜上的沉積;
(2)基于顆粒在膜上的沉積分布,根據(jù)沉積量調整阻力;
假設在膜兩側施加定常壓力,每次釋放的顆粒,都將沉積到過濾層。注意:沉積發(fā)生在尖端和凹槽處。
隨著沉積物的積累,流量將會將會輕微的發(fā)生變化。
Deposit vs. Mass Flow Rate (kg/s)
1. 0.0089773936
2. 0.0086228549
3. 0.0075318487
4. 0.0070381071
顆粒沉積在過濾膜上的相關UDFs
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展開 在多相流顆粒分離研究領域,精確模擬顆粒運動行為一直是技術攻關的核心難題。兩段錐形水力旋流器作為關鍵分離設備,其底流管直徑與入口速度對分離性能的影響機制復雜,亟需高精度模擬技術予以揭示。基于此,團隊創(chuàng)新開發(fā)氣-液-固三相湍流模擬方法(VOF - RSM - DEM),其中自主研發(fā)的 DEMms 軟件,憑借獨特的算法架構與模擬能力,成為攻克該難題的核心技術支撐。
創(chuàng)新算法架構,實現(xiàn)顆粒運動精準建模
DEMms 軟件基于離散元法構建核心算法體系,深度融合牛頓第二定律與歐拉第二運動定律,為顆粒的平移與旋轉運動提供精確的動力學描述。在顆粒與流體、顆粒與顆粒及壁面的交互過程中,軟件通過多物理場耦合算法,實現(xiàn)對曳力、升力、碰撞力等復雜作用力的實時計算。
值得一提的是,軟件引入的隨機跟蹤模型,采用拉格朗日隨機軌道理論,能夠準確捕捉瞬時湍流速度脈動對顆粒軌跡的影響,使模擬結果與實際工況的吻合度大幅提升。通過這種精細化的算法設計,DEMms 軟件成功將顆粒運動模擬精度提升至新高度。
嚴謹驗證流程,確保模擬結果可靠性
為驗證 DEMms 軟件在三相湍流模擬體系中的有效性,研究團隊開展了系統(tǒng)性驗證工作。
以標準旋流器為研究對象,通過網格無關性驗證,確定了最優(yōu)網格劃分方案,有效避免因網格誤差導致的模擬偏差。在與實驗數(shù)據(jù)的對比中,軟件模擬的切向速度、軸向速度與實際測量值呈現(xiàn)高度一致性,壓降和液體分流比的相對誤差控制在工程可接受范圍內,分離效率曲線的擬合度也達到理想水平。
這種從算法設計到模擬驗證的全流程技術把控,充分證明了 DEMms 軟件在水力旋流器流體動力學行為及分離性能模擬方面的可靠性與準確性。
深度應用剖析,挖掘分離性能關鍵規(guī)律
依托 DEMms 軟件構建的高精度模擬體系,研究人員對兩段錐形水力旋流器展開深入研究。
展開 ● 也可參見 Maxwell 在線幫助:
Assigning Boundaries and Excitations for 3D/2D Designs > Modifying Boundary Conditions and Excitations > Duplicating Boundaries and Excitations
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展開 流體流動的顆粒追蹤接口中不同的粒子力選項。
顆粒的介電泳分離
用于智能手機的醫(yī)療分析和診斷類應用將快速增長。我們可以想象,在未來智能手機能與一個可以采樣和分析血液的硬件結合起來使用。
假設這樣一個案例,對其進行分析可以分為三個步驟:
使用直接連接到智能手機的硬件提取血液,并計算平均血小板和紅細胞直徑。
計算紅細胞和血小板的分離效率。這種效率需要很高,以便對分離的紅細胞進行進一步診斷。
使用計算出的最佳分離條件,用連接到智能手機上的硬件分離紅細胞。
COMSOL Multiphysics 仿真 App 的重點是上述整個分析過程的第 2 步。通過利用血小板是血液中最小的細胞,并且具有與紅細胞不同的介電常數(shù)和電導率這一事實,可以使用介電泳進行基于尺寸的血液分離;換句話說,就是可以將紅細胞與血小板分離。
紅細胞是最常見的血細胞類型,也是脊椎動物機體通過循環(huán)系統(tǒng)的血流向身體組織輸送氧氣的主要手段。血小板,也稱為凝血細胞,是具有止血功能的血細胞。
我們使用 App 開發(fā)器,創(chuàng)建了一個仿真 App,該 App 使用流體流動顆粒追蹤 接口中提供的介電泳力 功能演示了血小板與紅細胞(RBC)的連續(xù)分離。(創(chuàng)建該仿真 App 還需要以下其中一種模塊:
CFD 模塊
、
微流體模塊
或
地下水流模塊
以及
MEMS 模塊
或
AC/DC 模塊
。)
該仿真 App 是基于 N.
展開 在MIT的新系統(tǒng)中,一種基于靜電斥力的方式被使用,通過靜電斥力可以使灰塵顆粒分離并從面板表面飛出,進而無需使用水或者刷子。通過在太陽能電池板上布置一種簡單的電極,同時利用電動機和導軌讓電極在電池板上運動,即可實現(xiàn)上述目的。具體操作如下圖所示。
使用時,給光伏組件充上靜電,靜電會傳導給沙塵顆粒,從而使沙塵也帶上同種電荷。根據(jù)靜電同性相斥的原理,就能把沙塵排斥開。
MIT 工學院研究生 Sreedath Panat 和機械工程教授 Kripa Varanasi 指出:實驗室測試結果表明,面板能量輸出會在灰塵積聚的一開始就出現(xiàn)急劇下滑,然后在持續(xù)一個月的情況下銳減 30% 。
以 150 兆瓦的光伏發(fā)電設施為例,即使功率降低 1%,也會導致約20萬美元的年損失。若推廣至全球范圍、以及 3~4% 的功率損失,經濟效益將暴降 33~55 億美元。
研究配圖 - 3:電荷預估實驗
只要專注解決問題,就能想到很多雖然簡單,卻很有效的科技手段。這就是科研使人快樂有成就感的原因。
- End -
公眾號原文鏈接:https://mp.weixin.qq.com/s/jHrMnNIhdm5e2yXLgJ8nWw
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DPM模型及VOF優(yōu)化:支持拉格朗日顆粒軌跡計算,可模擬噴霧、顆粒分離、氣力輸送等工程問題。新增HRIC高分辨率界面捕捉格式,優(yōu)化離散格式穩(wěn)定性,大幅提升自由液面、晃蕩、射流破碎等問題的界面分辨率與計算魯棒性。
在多相流顆粒分離研究領域,精確模擬顆粒運動行為一直是技術攻關的核心難題。兩段錐形水力旋流器作為關鍵分離設備,其底流管直徑與入口速度對分離性能的影響機制復雜,亟需高精度模擬技術予以揭示。基于此,團隊創(chuàng)新開發(fā)氣-液-固三相湍流模擬方法(VOF - RSM - DEM),其中自主研發(fā)的 DEMms 軟件,憑借獨特的算法架構與模擬能力,成為攻克該難題的核心技術支撐。
而GROMACS作為高性能的開源MD模擬軟件,為研究油水界面張力、乳化劑作用、納米顆粒輔助分離等提供了強大的技術支持。
本案例基于GROMACS,建立油水混合體系的分子動力學模型,模擬其在常溫下的自發(fā)相分離過程,并考察油分子的溶劑可及表面積的變化。
初始模型的構建
在本案例中,我們采用烷烴(正十六烷) 作為油相,構建一個油水混合初始體系。
這對于懸浮顆粒的沉降速度和顆粒分離等工藝有重要的應用價值。
流體-結構耦合分析:對于某些要求更全面的攪拌釜仿真,可以進行流體-結構耦合分析。這種分析可以考慮攪拌器的運動對流體流動的影響,同時也可以考慮流體對攪拌器的力學反作用。
CFD技術提供了一種有效的工具,可以在攪拌釜設計和操作的各個方面進行優(yōu)化。
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本文主要講述如何通過Fluent軟件實現(xiàn)在設備工作場景中的顆粒分離/過濾。
目錄
1. Eulerian method(瞬態(tài)方法)
2. DPM
3. DDPM
1. Eulerian method(瞬態(tài)方法)
此方法適用于高負載(顆粒體積含率較高)的情況。
流體中沉積物或顆粒的運動與其沉降時間有關
流體中存在的成分或顆粒有時會分離;這方面的一些例子包括油氣分離和沉積物與液體的分離。流體中沉積物或顆粒的運動與沉降時間有關。沉降時間在分離過程中非常重要。粒子的沉降時間決定了它們上升或下降給定距離所需的時間。根據(jù)顆粒的沉降速度,分離方法會發(fā)生變化。
沉降速度受基于粒徑和系統(tǒng)類型的四個定律支配。斯托克斯沉降速度定律與較小的粒徑有關。
EDEM模型:清選室的谷粒運動
案例:旋風分離器
旋風分離器,是用于顆粒分離的一種設備
與此同時,在用于顆粒混合、分離、分類、粉碎、分散和運輸?shù)臋C器中,如果想要預測數(shù)千乃至數(shù)百萬個粒子之間的相互碰撞產生的相互作用,會需要巨大量級的洞察能力。
同樣地,當通過傳送帶和螺旋輸送器傳送生物質、礫石和散裝材料時;通過機械方式在田地中播撒種子時;包裝藥片和藥丸時;傳送零食將其進行統(tǒng)一封裝時;用真空吸塵器清理碎片時;或者攪拌混合并壓實粉末時,涉及的相互作用都極為復雜。