颗粒群碰撞搜索及CFD-DEM耦合分域求解的推进算法研究
在采用计算流体力学-离散元耦合方法(computational fluid dynamics-discrete element method,CFD-DEM)进行固液两相耦合分析时,颗粒计算时间步的选取直接影响到耦合计算精度和计算效率.为此,本文选取每个目标颗粒为研究对象,引入插值函数计算时间步的运动位移,构建可变空间搜索网格;通过筛选可能碰撞颗粒建立搜索列表,采用逆向搜索方式判断碰撞颗粒,从而提出一种改进的DEM方法(modified discrete element method,MDEM).该算法在颗粒群与流体耦合计算中,颗粒计算初始时间步选取不受颗粒碰撞时间限制,通过自动调整和修正实现大步长,由颗粒和流体耦合条件实时更新流体计算时间步,使颗粒计算时间步选取过小导致计算效率低、选取过大导致颗粒碰撞漏判的问题得以解决,为颗粒与流体耦合的数值模拟提供了行之有效的计算方法.通过两个颗粒和多个颗粒的数值模拟,得到的颗粒间碰撞力、碰撞位置及次数,与理论计算结果的相对误差均低于2％,与传统的DEM碰撞搜索算法相比,在选取的3种计算时间步均不会影响计算精度,且有较高的计算效率.通过多个颗粒与流体的耦合数值模拟,采用传统的CFD-DEM方法,只有颗粒计算时间步选取10-6s或更小才能得到精确解,而采用本文方法取10-4 s也能够得到精确解,避免了颗粒碰撞随时间步增大而出现的漏判问题,且计算耗时降低了16.7％.
两相流;碰撞搜索算法;CFD-DEM;耦合计算方法
53
O359(流体力学)
国家自然科学基金资助项目11972114,51904075
2021-11-12（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）
共17页
1569-1585
