群體平衡模型的案例
2025大賽優秀作品 | 基于 Ansys Fluent 的旋流解吸器氣液傳質強化與 PBM 仿真研究
作品名稱：基于 Ansys Fluent 的旋流解吸器氣液傳質強化與 PBM 仿真研究
作者： 李炎杰 | 華東理工大學 碩士研究生
關鍵詞：平板旋流解吸器，Ansys Fluent，群體平衡模型（PBM），硫化氫脫除
作者說
從平板旋流解吸器研發實踐看，Ansys Fluent 的多相流與群體平衡模型（PBM）耦合能力，精準攻克了旋流場中氣泡破碎、聚并及氣液傳質耦合等微觀瞬態過程的觀測難題。其參數化仿真功能，讓射流口、旋流腔等關鍵結構的優化迭代擺脫了傳統實驗的桎梏，可直接通過仿真定量分析驗證。而仿真與實驗數據的高度契合，不僅筑牢了模型可靠性根基，更幫我們實現從 “現象觀察” 到 “機制解析” 的跨越，深刻體會到 Ansys 工具在突破實驗邊界、加速新型氣液分離設備研發中的獨特賦能。
氣液傳質分離是化工、環保領域硫化氫脫除的核心過程，廣泛應用于油氣凈化、廢水處理等工業場景。傳統脫氣技術如篩板塔、填料塔依賴重力場驅動傳質，存在氣液接觸不充分、脫除效率低、能耗高的問題，且實驗法優化設備結構周期長、成本高昂。本研究設計新型平板旋流解吸器（PCD），通過旋流場強化氣液剪切與混合效應突破傳統局限。華東理工大學依托 Ansys Fluent 仿真平臺，耦合多相流模型與群體平衡模型，精準模擬旋流場中氣泡破碎、聚并動態及傳質規律，快速迭代優化射流口尺寸、旋流腔高度等關鍵參數。仿真結果與實驗高度吻合，最終實現硫化氫脫除效率 75.7%，體積傳質系數較傳統設備提升 5-13 倍，大幅縮短工業氣液分離設備的研發周期與試錯成本。
展開 FLUENT氣泡破碎與凝聚模擬
5 定義模型
（1）單擊命令結構樹中General按鈕，彈出General（總體模型設定）面板。在SolverTime中選擇Transient，勾選Gravity，在Y中填入-9.81m/s2。
（2）在模型設定面板Models中雙擊Multiphase按鈕，彈出Multiphase Model（多相流模型）對話框，選擇Eulerian，單擊OK按鈕確認并關閉對話框。
（3）在命令欄輸入如下命令，激活群體平衡模型。
（4）在模型設定面板Models中雙擊Population Balance Model按鈕，彈出Population Balance Model（群體平衡模型）對話框，在Method中選擇Discrete，在Bins中Bins輸入6，勾選Phenomena，勾選Aggregation Kernel選擇luo-model，勾選Breakage Kernel，Frequency選擇luo-model，單擊OK按鈕確認并關閉對話框。
（5）在模型設定面板Models中雙擊Multiphase下的Phases按鈕，彈出Phase（多相流設置）對話框，在Phase-1對話框中，Phase Material選擇water-liquid。
在Phase-2對話框中，Phase Material選擇air，單擊OK按鈕確認并關閉對話框。
（6）在模型設定面板Models中雙擊Viscous按鈕，彈出Viscous Model（湍流模型）對話框，在Model中選擇Realizable k-epsilon(2eqn)，單擊OK按鈕確認并關閉對話框。
展開 群體智慧：3Dfindit利用AI技術創造60億次模型數據下載
3Dfindit利用群體智能來簡化設計流程
CADENAS公司通過新的“群體智慧”功能簡化了3Dfindit用戶的設計流程。3Dfindit提供超過6000個經認證的制造商產品目錄。該平臺擁有一個大數據云，累計超過60億次制造商組件數據下載，這些數據將在未來作為群體知識提供給用戶和其他相關需求者。
工程設計的時代變遷
在過去的幾十年里，工程設計行業發生了巨大的改變。不僅使用的工具發生了變化，例如計算機輔助創建產品或設備; 組件的使用也發生了變化。例如，90年代經常使用蝶形螺母，它可以在沒有任何工具的情況下手動擰松和擰緊，當時工廠車間里只有幾輛工具車，所以，這種螺母很實用。然而，今天情況不同了，蝶形螺母幾乎完全從車間消失了。上述這些變化可以在人工智能的幫助下輕松分析，從而加快工程規劃流程。
從他人的知識中受益
有本書中曾提及：群體比個人更聰明。基于這一現象，3Dfindit利用數據科學和人工智能（AI）來分析大數據云中的交互數據，從而得出有關用戶購買和下載行為的精準信息。其目的是預測未來用戶在工程設計規劃過程中需要哪些組件。
如果選擇螺栓作為接頭，“群體智慧”功能會建議使用開口銷。
如果選擇螺栓作為接頭，“群體智慧”功能會建議使用開口銷。
群體積累的知識可供所有人使用的好處在于，能盡量避免在工程設計過程中產生不必要的錯誤，尤其是因粗心大意而導致的錯誤。3Dfindit中全新的“群體智慧”功能可以防止此類錯誤的發生。如上圖所示，選擇螺栓時，該功能會推薦匹配的螺母和墊圈。
展開 使用Geometry建立三維極限平衡邊坡模型
1 引言
三維模型的建立有多種方法，可以使用三維基元來構建，對于形狀規則的三維模型，例如堤壩或路基，也可以通過二維模型拉伸(Extrusion)得到三維模型,例如:
使用Extrusion工具產生非結構化的網格(unstructured Mesh)
Extrusion工具的使用技巧(FLAC3D僅有)
FLAC2D 創建網格Extrusion工具
FLAC3D三維模型的建立---Extrusion工具
然而對于采礦工程邊坡，由于地表形狀不規則以及采礦邊坡特有的幾何特征，不能通過二維模型轉化為三維模型，因此一個更廣泛接受的模型建立方法是輸入外部已經建立的幾何形狀。
geometry import 'surface.dxf'block create brick 500 6500 -500 5500 -1000 3000
Itasca幾何數據交換文件---Geometry Files
建立更真實的數值模型：FLAC3D導入地形圖 (1)
建立更真實的數值模型(2)：FLAC3D與曲面地形的集成
三維模型也可以直接使用表面測量坐標建立，例如在【帶有軟弱夾層(Weak Layer)的三維采礦邊坡穩定性分析(3D Open Pit Analysis)和三維極限平衡巖石邊坡穩定性分析流程(PLE) [兩種地層+一個軟弱滑動面]中，通過輸入地層和邊坡的坐標(xls文件)建立了三維模型。
2 模型建立
一個采礦邊坡由三層材料組成，如下圖所示。第一層是石灰巖，第二層是礦石，第三層是砂巖。
(1) 為了建立三維模型，首先輸入邊坡的表面，這個表面是stl文件，Geometry>Import/Export>Import Geometry...
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abaqus 劍橋模型 地應力平衡 樁體貫入 靜力通用 ￥9.9
地應力平衡算不過去：1、檢查材料參數是否正確。2、可選擇在平衡分析步中約束全部土體，在隨后的分析步中取消激活。采用靜力通用分析步 劍橋模型模擬樁體入土的過程
地應力平衡采用地應力分析步
cae文件如下
技術分享︱多重參考系模型在風扇通風仿真中的自動化實現：精度與效率的工程平衡
該平臺將底層復雜的網格拓撲與物理模型封裝，實現了從參數輸入到結果輸出的全自動化。在構建該平臺的核心求解邏輯時<strong style="color: rgb(5, 76, 143);">，如何在“計算精度”與“求解效率”之間取得最佳平衡，是算法選型的關鍵。</strong></p><h2><strong>01 MRF模型選型論證</strong></h2><p><br></p><p class="ql-align-center"><img referrerpolicy="no-referrer" crossorigin="anonymous" data-referrer-policy-set="true" src="https://bexp.135editor.com/files/users/1466/14660444/202603/UbtJVPD4_rSDp.png?auth_key=1774799999-0-0-cd746299a9209466dfca1ab7e1f2abe2" alt="圖片1.png" width="582"></p><p class="ql-align-center">多重參考系模型應用示例</p><p><br></p><p> 在處理包含旋轉機械的計算流體力學問題時，<strong style="color: rgb(5, 76, 143);">靜止域與旋轉域動靜干涉邊界的處理</strong>是求解的核心難點。當前工業界針對該類問題的主流處理模型主要分為兩類：瞬態滑移網格模型（Sliding Mesh Model, SMM）與穩態多重參考系模型（Multiple Reference Frame, MRF）。
展開 煤礦開采/生死單元/地應力平衡/ABAQUS/基坑開挖/隧道開挖/摩爾-庫倫模型等 ￥300
Abaqus 的建模一般可分為兩種方式，即CAE模型及 其它前處理軟件（例如Hypermesh等）生成的inp文件；
其中.Cae的優點在于快速建立幾何模型及劃分單元；
.Inp建模的優點則在于可以精確控制模型以及實現CAE無法支持的高階功能。
本教程以煤層開挖過程為例，在ABAQUS中建立仿真模型，結合地應力平衡、生死單元（Model change）、 Mohr-Coulomb 模型等開展仿真分析。
仿真模型可用以分析煤層開挖過程中的巖體變形及破壞情況，地應力平衡、生死單元功能可拓展用于基坑開挖、巷道開挖、隧道開挖等工程分析。
詳細設計及操作過程請下載附件，附件內包含2維開挖模型，3維逐步開挖模型，3維逐層開挖模型等3種模型源文件，學習過程中若存在問題，可詢2923247172@qq.com。
展開 從模擬到智能控制：利用CFD和ICA技術優化水務污水處理效率
這種技術不僅可以詳細解析流體的行為，如速度、壓力和溫度分布，還能與多種機理模型 (如，高級氧化技術、群體平衡模型、活性污泥模型) 、人工智能技術和自動控制技術等，可對水務設施全要素進行科學精準的計算、預測、優化和控制。
例如，在污水處理系統中，CFD技術能夠深入模擬反應器內部的復雜流動過程，精確評估液體的流態與混合效果，為反應器的優化設計與精細化操作提供理論指導，從而提升處理效率和資源利用率。同時，CFD還能夠有效識別和解決水流中的死區、旁流等問題，優化流體分布，確保處理過程的高度均勻性與處理效果。
ICA智能控制算法技術
ICA技術是一種從復雜數據中提取有用信息的高級算法，特別擅長處理非線性和不確定性問題。在水務處理中，ICA技術被廣泛應用于水質監測和控制，通過分析大量的實時數據，識別水質變化的趨勢和污染物的來源。
ICA技術的優勢在于其能夠有效地處理多變量和非線性數據，這對于水務處理過程中的優化和控制至關重要。例如，通過ICA技術，可以實時調整處理過程中的關鍵參數，如化學藥劑的投加量和曝氣強度，從而實現精確控制和資源節約。
CFD與ICA技術的結合應用
將CFD和ICA技術結合應用于水務污水處理，可以實現對從設計、操作到實時監控和異常處理的水處理全過程優化。CFD技術提供了對水流動態的深入理解，而ICA技術則通過智能分析和控制，確保處理過程的高效性和穩定性，從而顯著提高水務處理的效率和質量。具體可以解決和優化以下問題：
沉淀池效率優化：CFD技術能夠模擬污水在沉淀池中的流速分布和懸浮顆粒的沉淀軌跡，從而優化沉淀池的結構設計。通過ICA技術，可以實時監控和調整沉淀過程中的關鍵參數，如進水流量和沉淀時間，進一步提高沉淀效率。
曝氣系統性能提升：CFD可以精確預測曝氣過程中氣泡的大小、上升速度和分布情況，幫助優化曝氣設備的布局和運行參數。
展開 榮耀揭曉！Ansys 2025 仿真應用大賽結果及大會現場展示
實驗以空氣 - 水體系為介質，分析了氣液流量對壓力損失、分離效率及自吸性能的影響，建立了歐拉數、分離效率與氣液雷諾數的無量綱經驗關聯式: ；數值模擬采用群體平衡模型耦合兩相流模型及 k-ε 湍流模型，揭示了旋流場內氣泡破碎、聚并的動態演化規律，發現液體雷諾數增大可使小尺寸氣泡占比提升 40%，湍流耗散率增強 35%，且模擬結果與實驗數據吻合良好，壓力損失與分離效率的最大誤差分別為 15% 和 10%。PCD 通過旋流場離心效應與高速射流剪切作用，可實現 H?S 脫除效率 75.7%，體積傳質系數較傳統篩板提升 5-13 倍，且氣含率高于 95% 的區域占比顯著優化。Ansys Fluent 的多物理場仿真能力有效解析了氣液分布、液相流速及氣泡尺寸對傳質過程的影響機制，為旋流解吸裝備的結構優化與工業場景中溶解性氣體高效脫除提供了基于數值仿真的理論依據與技術路徑。
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鄭植，王思宇 | 成都工業學院
作品名稱：GFRP柔性防車撞護板沖擊試驗與仿真應用研究
作品簡介：玻璃纖維增強材料（GFRP）由于具有輕質高強、耐腐蝕的特點，被廣泛應用于交通基礎設施防撞保護工程中。針對早期修建的低等級混凝土護欄防護能力與現階段交通流不匹配問題，提出一種可直接設置在混凝土護欄表面的復合材料新型護板，改造形成組合式護欄，以防護重型車輛撞擊。為準確評估該類防護裝置的性能，首先針對柔性護板開展沖擊性能試驗，基于Ansys LS-DYNA開展了GFRP試件的水平沖擊數值仿真，建立了既滿足精度又兼顧效率的詳細模擬方法。最后建立車－護欄精細化有限元模型，分析了組合式護欄的防車撞性能，并與既有混凝土護欄進行了對比。
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