顆粒形貌分析的案例
某鋼鐵公司SDS脫硫反應器，進行熱風爐補熱溫度場分析及小蘇打顆粒的氣固兩相流分析，研究其溫度場和顆粒混合的均勻性 ￥20
本案例為某鋼鐵有限公司2×600t/d石灰雙膛窯SDS脫硫反應器，脫硫工藝采用鈉基干法脫硫+布袋除塵器方案；本次模擬主要有兩個目的：（1）由于冬季SDS反應器內煙氣溫度較低（約70℃），需通過熱風爐將煙氣加熱至約150℃，因此，需對熱風爐后的溫度場進行模擬，并添加合適導流形式，以保證在短距離內可實現溫度的均勻分布；（2）小蘇打噴槍沿煙道徑向垂直深入，為保證均勻噴射，對噴射點及后續流場進行模擬，分析SDS反應器內小蘇打顆粒的分布狀態，并添加相應的擾流措施來確保小蘇打又好又快地與煙氣混合均勻。
模型建立
按照反應器所提供圖紙大小以1：1建立三維模型，模型如下：
圖1 SDS反應器模型
圖中in1為溫度場監測面，i1~i3為小蘇打顆粒分布監測面。
邊界條件
計算參數如下，q1煙氣量為113077m3/h，煙氣溫度為70℃。進口邊界條件為速度進口，進口速度為26.88m/s；q2煙氣量為26385m3/h，煙氣溫度為70℃。進口邊界條件為速度進口，進口速度為14.59m/s；熱風爐進口熱煙氣量可等同于約22317m3/h，進口速度為42.71m/s；小蘇打粉量63kg/h；出口邊界條件為壓力出口，壓力值為0Pa。湍流模型采用LES模型，壁面函數為標準壁面函數，固壁面設置為無滑移壁面。
展開 GROMACS模擬分析-自由能形貌圖的繪制
自由能形貌（free energy landscape，FEL）表征了模擬過程中蛋白質的自由能變化。自由能形貌圖一般通過兩個描述體系特征的量來進行繪制，例如RMSD和Rg，也有文獻中用主成分分析PC1和PC2繪制。本文以RMSD和Rg兩個特征量繪制為例。
1. 獲得蛋白質骨架的RMSD和Rg數據rmsd.xvg和rg.xvg。
對rmsd.xvg和rg.xvg文件進行處理，刪除所有注釋行（以#或者@開頭的行和空行）以及rg.xvg中的XYZ三個方向上的Rg數據。使rmsd.xvg和rg.xvg文件中只有兩列數據。
2. 合并rmsd.xvg和rg.xvg文件，把同一時間下的RMSD和Rg數據寫在同一行，組合文件中包含三列：時間、RMSD、Rg，可使用如下命令實現。
3. 利用gmx的sham命令生成自由能形貌圖。
-f：讀入組合文件
-ls: 輸出自由能形貌圖
-nlevels: 設定FEL的層次數量
更多參數設置請參考gmx help sham給出的幫助信息。
上面的命令執行之后，得到gibbs.xpm文件即為自由能形貌圖。
4. 用origin繪制自由能形貌圖
xpm文件可以通過多種方式查看，這里我們利用xpm2all.bsh腳本將xpm文件轉換為3列數據的文本文件。
將得到的數據復制到Origin中繪圖。
可根據實際需要進行平滑處理繪圖，此外還可以繪制3維的自由能形貌圖。利用主成分分析繪制自由能形貌圖，一般來說就是用主成分1和2取代上文中的RMSD和Rg，后處理都是一樣的。
最后,有相關需求歡迎通過公眾號"320科技工作室"聯系我們
展開 粉末測量新技術：Mastersizer 3000+ vs Morphologi-4ID
Mastersizer 3000+以其廣泛的測量范圍，從奈米到微米級顆粒都能精確測量，適用于積層制造過程中的粉末質量控制和配方優化，確保最終產品的性能一致性。
相對地，Morphologi 4-ID則以其高分辨率的形貌成像能力著稱，不僅提供粒徑和形狀參數的詳細數據，還能進行顆粒分類分析，有助于深入理解顆粒形貌特征對材料性能的具體影響，從而優化粉末的形貌特性以提升產品的質量和功能性。
這兩款儀器的結合滿足了從粒徑測量到形貌分析的全面需求，推動了制造技術的不斷進步和創新。
展開 基于OptiStruct的活塞式壓縮機殼體VTF仿真分析及形貌優化
論文價值的評定意見：
家電產品技術領域的成本壓力促使壓縮機結構降成本成為近年來關注的一項重點工作，其中嘗試減薄壓縮機殼體厚度等是一條有潛力的結構降成本技術路徑，但是由此對于壓縮機振動噪聲性能帶來影響，因此，對于壓縮機殼體振動噪聲的分析評價及殼體結構形貌優化成為一項有挑戰性的技術工作內容。該論文以基于OptiStruct的壓縮機殼體VTF仿真分析及形貌優化為主題開展相關研究，論文對壓縮機殼體進行了VTF分析，基于OptiStruct對其壓縮機殼體結構的筋肋布局等進行了形貌優化，并得到最佳的加強筋的位置、形狀及尺寸，從而改善了壓縮機的振動噪聲性能。論文對于壓縮機課題結構設計優化及振動噪聲性能提升有已經借鑒意義。
展開 
基于Optistruct的受扭平板的形貌優化分析
基于Optistruct的受扭平板的形貌優化分析.pdf
眾所周知Optistruct是一款功能很強大的結構優化軟件，覆蓋多種材料，包括金屬和復合材料，適用于靜態和動態，線性和非線性等多種優化應用領域，支持全面的優化類型，包括概念設計階段的拓撲優化、形貌優化和自由尺寸優化，以及詳細設計階段的尺寸優化、形狀優化和自由形狀優化。每種優化模式均有各自的優勢，其中形貌優化技術的設計空間是由大量的節點波動向量組成，這些節點向量按照一定的模式進行組合以滿足設計約束，并最終生成優化后的最佳形貌。本文案例是利用形貌優化分析對受扭平板進行優化，對比分析優化前后目標值的改善情況。
本文案例的模型為金屬平板，尺寸為100×100mm，網格大小為2mm，對比5總形貌優化結果，我們可以得出結論，進行形貌優化時，不同的設置和選擇影響最終的優化結果，不同的設置取決于優化的人想要選擇什么樣的約束。
方案
優化結果
方案一
4.44m
方案二
4.31mm
方案三
31.76mm
方案四
14.65mm
方案五
15.17mm
具體詳細見附件PDF。非常感謝大家能批評指正。
展開 基于Optistruct的受扭平板的形貌優化分析
眾所周知Optistruct是一款功能很強大的結構優化軟件，覆蓋多種材料，包括金屬和復合材料，適用于靜態和動態，線性和非線性等多種優化應用領域，支持全面的優化類型，包括概念設計階段的拓撲優化、形貌優化和自由尺寸優化，以及詳細設計階段的尺寸優化、形狀優化和自由形狀優化。每種優化模式均有各自的優勢，其中形貌優化技術的設計空間是由大量的節點波動向量組成，這些節點向量按照一定的模式進行組合以滿足設計約束，并最終生成優化后的最佳形貌。本文案例是利用形貌優化分析對受扭平板進行優化，對比分析優化前后目標值的改善情況。
本文案例的模型為金屬平板，尺寸為100×100mm，網格大小為2mm，對比5總形貌優化結果，我們可以得出結論，進行形貌優化時，不同的設置和選擇影響最終的優化結果，不同的設置取決于優化的人想要選擇什么樣的約束。
方案
優化結果
方案一
4.44m
方案二
4.31mm
方案三
31.76mm
方案四
14.65mm
方案五
15.17mm
具體詳細見附件PDF。非常感謝大家能批評指正。
基于Optistruct的受扭平板的形貌優化分析.pdf
展開 臺式掃描電鏡：微觀尺度形貌觀測和分析利器
二次電子探頭主要用于獲取樣品表面的形貌信息，它對樣品表面的起伏和粗糙度較為敏感；背散射電子探頭則可以提供樣品內部的成分信息，通過分析背散射電子的強度和分布，可以了解樣品內部不同元素的分布情況。兩種探頭的結合使用，為全面分析樣品提供了有力的手段。
（3）真空系統與樣品臺
如前所述，真空系統具有高真空和低真空兩種模式，不同機型的抽真空時間也有所不同。樣品臺的設計也各有特點，CEM3000A機型的自動軸包括X，Y，T，手動軸包括R，Z；CEM3000B機型的自動軸為X，Y，手動軸為R，Z。樣品臺的行程范圍也各有不同，這些設計保證了樣品臺的動作精度和高重復性，能夠準確地移動樣品到所需的觀測位置。
應用領域廣泛，助力科學研究
在不同領域應用時，CEM3000系列臺式掃描電鏡通過搭配不同的探頭來接收不同的信號，同時利用自身的多種功能，如高分辨率、自動調節等，對樣品進行全面的分析。例如，在材料科學中，搭配二次電子探頭和背散射電子探頭，結合高分辨率成像功能，可以清晰地觀察到材料的微觀結構和成分；在生物醫療領域，搭配適合生物樣本的探頭，利用自動調節功能確保成像質量，從而更好地觀察生物樣本的微觀特征。
展開 基于 OptiStruct 形貌優化分析技術的商用車發動機油 底殼設計方法
為了降低發動機油底殼輻射噪聲以及達到輕量化的目的，設計中考慮將油底
殼材料由鋼換成塑料，本文運用Altair 公司的OptiStruct 結構優化分析軟件對某型號發動機
塑料油底殼進行了模態及形貌優化分析，并根據優化分析結果確定了塑料油底殼加強筋最佳布
局方式，最終使其性能達到最好。
耿廣銳_基于OptiStruct形貌優化分析技術的商用車發動機油底殼設計方法.pdf
[案例分析]STARCCM+入門系列之——固體顆粒侵蝕分析
1、問題描述本案例演示如何在 STAR-CCM+ 中創建侵蝕建模分析。本案例中使用的幾何的最初設計是在侵蝕性作業環境下使用的阻流閥的減壓裝置，模型如下：2、STAR-CCM+設置
不僅要考慮湍流連續相，而且還要考慮連續相中的顆粒運動，因此需要數個模型。為了模擬這些相，STAR-CCM+部署了兩種不同的策略。連續的液相使用歐拉公式建模，其中的流體屬性通過在整個流體域中分布的固定點獲取。顆粒相使用拉格朗日方法建模，在整個連續相上跟蹤其中的代表性顆粒的軌跡。
（1）選擇連續相物理模型；流體是湍流且不可以壓縮。使用K-Omega 湍流，拉格朗日多相模型用于構建離散相模型。物理模型的選擇如下：
（2）選擇拉格朗日相模型；創建拉格朗日相，并選擇適當的相模型。這些模型代表拉格朗日相的特征。右鍵單擊Models >Lagrangian Multiphase > Lagrangian Phases選項，選擇新建一個相，給拉格朗日相選擇相應的物理模型，特別注意要選擇侵蝕模型，如下：
（3）創建復原系數的場函數；創建表示復原系數的場函數。復原系數用以預測顆粒彈離固體壁面的角度。本案例中，使用以下關系式：
式中的變量用預定義的系統場函數來表示顆粒入射角，然后根據上面的公式定義出切向復原系數和法向復原系數。
（4）定義拉格朗日相邊界條件；點擊Physics 1 > Models> Lagrangian Multiphase > Lagrangian Phases > Phase 1 > Boundary Conditions> Wall，設置以下屬性：
（5）設置侵蝕模型；在使用CFD 方法創建侵蝕模型時，選擇的侵蝕模型必須匹配正在遭受侵蝕的材料以及侵蝕發生的條件。
展開 [案例分析]STARCCM+入門系列之——拉格朗日顆粒型流體分析
1、問題描述
本案例演示如何在STAR-CCM+ 中設置簡單的拉格朗日多相分析。教程中模擬流經部分阻塞的彎管的顆粒負載型空氣流。標準壓力（1個大氣壓）下的空氣以 10 m/s 的速度進入通道。流體在通過部分阻塞的90 度彎管后，豎直流出出口。假定所有流體屬性都是恒定不變的。氣流中植入了固體顆粒，均勻地分布在管道入口處。進氣中的顆粒體積加載量是0.01%，這相當于顆粒體積流率為 6.4516 x 10–7m3 /s。模型如下：
2、STAR-CCM+設置
（1）選擇連續相物理模型；流體是湍流且不可以壓縮。分離流模型同默認 K-Epsilon 湍流模型一起使用，拉格朗日多相模型用于構建離散相模型。物理模型的選擇如下：
（2）選擇拉格朗日相模型；創建拉格朗日相，并選擇適當的相模型。這些模型代表拉格朗日相的特征。右鍵單擊Models >Lagrangian Multiphase > Lagrangian Phases選項，選擇新建一個相，給拉格朗日相選擇相應的物理模型，如下：
（3）定義連續相邊界條件；定義inlet為速度進口，速度為10m/s，湍流強度為0.005，湍流長度比例為0.001m，出口為壓力邊界；
（4）設置拉格朗日相噴射器；右鍵選擇Injectors，新建噴射器，將噴射器的類型設置為部件噴射，相應的部件選擇inlet，相應的拉格朗日相選擇相1。新建的噴射器屬性設置如下：
（5）由于本案例是穩態模擬，最大迭代次數設置為1000
（6）運行模擬；計算結果如下：
管道內的速度場
粒子的滯留時間
本文轉自有限猿仿真博客，感謝原作者。如有侵權請立即聯系刪除。
展開 CFD專欄丨為什么需要CFD+DEM耦合方法分析顆粒兩相流？
支持球形/非球形的顆粒，例如不規則形狀的石頭在水中的沉降過程。
可模擬能量耦合，例如熱的顆粒被空氣冷卻
CFD動網格模擬剛體運動，例如顆粒通過振動的篩子或旋轉的風扇葉片。
可模擬傳質現象，例如在顆粒表面鍍液膜(coating)，或濕顆粒的干燥。
CFD和DEM的模型均支持GPU加速計算，對大模型有顯著加速效果。
AcuSolve和EDEM耦合的三種方法
通常可以認為稀疏相的粒子不影響流場，用單向耦合就足夠了，計算代價小。
如顆粒是密相，顆粒總體積/流體體積遠大于千分之一，則考慮雙向耦合。當然這也不是絕對的，主要是看顆粒的存在有沒有顯著的影響流場。
?
第一種方法：單向穩態耦合
顆粒的存在幾乎不影響流場。AcuSolve先完成流場計算后，將穩態結果導出給EDEM即可。
EDEM接著計算顆粒在穩定流場下的運動軌跡。
展開 
基于comsol的絕緣體內導體顆粒引導擊穿仿真分析 ￥3000
</p><p> 提高擊穿電壓措施 根據固體電介質的擊穿形式及影響擊穿電壓的因素，提高固體電介質擊穿電壓的主要措施有:①改善電場分布（見<a href="https://baike.baidu.com/item/%E7%94%B5%E5%9C%BA%E8%B0%83%E6%95%B4" rel="noopener noreferrer" target="_blank">電場調整</a>）,如電極邊緣的固體電介質表面涂<a href="https://baike.baidu.com/item/%E5%8D%8A%E5%AF%BC%E7%94%B5%E6%BC%86" rel="noopener noreferrer" target="_blank">半導電漆</a>；②調整多層絕緣中各層電介質所承受的電壓；③對多孔性、纖維性材料經干燥后浸油、浸漆,以防止吸潮,提高局部放電起始電壓；④加強冷卻，提高熱擊穿電壓；⑤改善環境條件，防止高溫，避免潮氣、臭氧等有害物質的侵蝕</p><p>（轉載至百度百科）</p><p>模型采用隨機分布在絕緣固體中的金屬顆粒來引導擊穿。</p><p> </p><p><img src="https://img.jishulink.com/images/202205/ePuJx1GzySM1566H9XNnqt.png"></p><p><br></p><p>擊穿過程中，電導率變化</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/201909/99517cf09cfc42bfac93fa00d9ba3be3.gif"><strong>模型文件在文中開頭，需要的可以下載，加密文件如需密碼可以私信我。謝謝。</strong></p><p><br></p>
展開 PFC顆粒分析第一步：掌握離散元這些成樣方法就夠了！
導讀：PFC是一個關于顆粒的方法，在進行分析的時候我們首先需要做的就是生成一個比較好的式樣，這篇文章從簡單的create開始，介紹規則與隨機顆粒的生成，從create角度去理解generate與distribute的建模思路。之后再介紹基于generate方法的壓縮法、分層壓縮法、分層欠壓法(UCM)、粒徑膨脹法，還有基于distribute的網格法(GM)，還會介紹PFC自帶的Brick方法。有集成的命令流，也有自開發的fish，有一些fish還是比較難理解的，對于各位的fish基礎可能會是一個比較大的挑戰。
我個人還是建議各位可以將這文章打印下來好好理解，對于理解離散元和加強fish學習都是一個比較好的機會。
一、最原始的成樣——Create
Create應該是PFC最底層的成樣關鍵詞了，后面所有的成樣關鍵詞都是在這個關鍵詞基礎上建立了。Create的使用也很簡單，只需要指定位置(position)和半徑(radius)就可以了。如圖1便是在我們的軟件中生成一個圓心在原點，半徑0.006的顆粒。
圖1.1：create生成的單個顆粒代碼及結果
最底層的功能有了，在這個功能上我們便可以去構建一些我們需要的功能，對于做結構物的同學來說，往往需要規則排列的顆粒去模擬結構物。最常見的樁梁結構往往是矩形規則排列的顆粒，我們便可以利用fish語言去構建矩形排列和圓形排列的顆粒，如圖2所示。這里面我們使用了ball.create函數，這個函數需要至少兩個參數，第一個是一個浮點型變量，表示顆粒的半徑，第二個是一個vector變量，表示顆粒的位置。
展開 一種粉塵顆粒沉降室，在混冷風、噴冷卻水的作用下，沉降效率大小模擬分析 ￥20
確保顆粒在沉降室內有足夠時間沉降：
(2) 氣流分布進口設計：采用漸擴管（擴張角≤15°）或導流板，避免直接沖擊沉降區。均流裝置：增設多孔板或格柵，使斷面速度偏差≤20%。
（3）氣流速度（u）：上限：防止已沉降顆粒再飛揚（通常 umax≤1m/s），下限：避免設備體積過大（經濟性權衡）。
（4）溫度影響：高溫氣體需修正黏度μ（如200℃空氣黏度比常溫高23%），降低 vs
圖1 三維模型
計算參數如下：標況下煙氣風量為240000m3/h，溫度800℃，工況風量為943296m3/h，煙氣進口管道風速為16.3m/s；各冷風主管風量為15000m3/h，冷風主管風速為16.93m/s；粉塵濃度為8g/Nm3，其中70%微硅粉粒徑為0.3μm，粉塵容重為200kg/m3。流體密度為0.4043kg/m3；冷卻水用量為3t/h，采用DPM模型計算冷卻水液滴分布狀態，冷卻水噴嘴模型進行簡化，選solid-cone，擴散角55°，噴槍示意如圖2所示。
CFD模擬：檢查氣流均勻性（速度云圖）和顆粒軌跡（DPM模型）。
經驗公式對比：如L/H 比值通常取3~5（粗顆粒）或5~10（細顆粒）
圖2 噴嘴噴水方向示意圖
展開 基于離散元仿真軟件DEMms的雙錐水力旋流器-顆粒分離性能分析
在流場特性分析中，軟件能夠精細解析不同入口速度和底流管直徑工況下，切向速度分布的衰減規律、軸向速度的螺旋形態演變，以及氣核直徑的動態變化過程。在分離性能研究方面，通過對大量顆粒運動軌跡的統計分析，精確繪制分離效率曲線，量化切割尺寸與可能偏差等關鍵參數。
研究發現，底流管直徑與進料流速之間存在顯著的交互影響效應，這一重要結論正是基于 DEMms 軟件對顆粒運動的高精度模擬與數據分析得出。
?技術拓展前景，賦能多領域研究創新
當前研究成果僅是DEMms軟件技術應用的開端。隨著VOF - RSM - DEM 雙向耦合數值方法的持續優化，軟件將在更復雜幾何結構與操作參數的水力旋流器研究中發揮重要作用。其技術應用領域也將不斷拓展。
在礦物加工中的細顆粒分級、煤炭開采中的固液分離、生物技術中的細胞分選，以及環境工程中的污染物去除等場景，DEMms 軟件的高精度模擬能力有望為相關研究與工程實踐提供全新的技術思路與解決方案。
積鼎離散元多尺度模擬軟件DEMms
由中科院過程所開發，投入工程應用十余年，完成工業級項目近100項
可處理非球形和變形等復雜顆粒，以及多相傳遞反應耦合等復雜過程
可實現萬核以上大規模異構并行計算，計算顆粒數可超十億級，對應的物理顆粒數超萬億級
計算規模與并行效率顯著高于同類型主流商業軟件，具備長時間或準實時模擬多相流工業設備的能力
展開 