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Coupled computational fluiddynamics–discrete-element method investigation of soil contact erosion under cyclic hydraulic loading:A multiscale perspective 认领 引用
1
作者 Xianfeng Diao Guoqing Cai +3 位作者 Tao Liu Peiyun Zhang Yanlin Su Bangzheng Rao 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE CSCD 2026年第6期4812-4830,共19页
Tidal waves,intermittent rainfall,and fluctuations in water levels,which create cyclic hydraulic gradients,can exacerbate the migration of fine particles within soils and lead to deterioration in stability.However,mac... Tidal waves,intermittent rainfall,and fluctuations in water levels,which create cyclic hydraulic gradients,can exacerbate the migration of fine particles within soils and lead to deterioration in stability.However,macroscale experimental methods struggle to capture the microscopic deformations that occur during seepage-induced erosion.Therefore,this study,which is based on the coupled computational fluid dynamics–discrete element method(CFD–DEM)coupling method,investigates the contact mechanical mechanisms that induce macroscopic deformation under cyclic hydraulic gradients by considering the effects of different amplitudes and frequencies.The results show that the erosion mass of fine particles increases in a stepwise manner,with a multipeak variation in the erosion rate,and both the erosion amount and intensity are greater under constant gradient conditions.Fine particles erode primarily near the contact surface and,after migration,accumulate mainly in the coarse particle layers close to the contact surface.Increasing the amplitude and frequency of the cyclic hydraulic gradient leads to more fine particle blockages within the coarse particle layer.The cyclic hydraulic gradient causes the contact force chain network to repeatedly break and reorganize,reducing the shear strengths of the soil and resulting in more pronounced anisotropy in the contact force distribution. 展开更多
关键词 Computational fluid dynamics–discrete element method(CFD–DEM)coupling Contact erosion Cyclic hydraulic gradients Macroscopic deformation Micromechanism
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Assessment of slurry chamber clogging alleviation during ultra-large-diameter slurry tunnel boring machine tunneling in hard-rock using computational fluid dynamics-discrete element method:A case study 认领 引用 被引量：2
2
作者 Yidong Guo Xinggao Li +2 位作者 Dalong Jin Hongzhi Liu Yingran Fang 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE CSCD 2025年第8期4715-4734,共20页
To fundamentally alleviate the excavation chamber clogging during slurry tunnel boring machine(TBM)advancing in hard rock,large-diameter short screw conveyor was adopted to slurry TBM of Qingdao Jiaozhou Bay Second Un... To fundamentally alleviate the excavation chamber clogging during slurry tunnel boring machine(TBM)advancing in hard rock,large-diameter short screw conveyor was adopted to slurry TBM of Qingdao Jiaozhou Bay Second Undersea Tunnel.To evaluate the discharging performance of short screw conveyor in different cases,the full-scale transient slurry-rock two-phase model for a short screw conveyor actively discharging rocks was established using computational fluid dynamics-discrete element method(CFD-DEM)coupling approach.In the fluid domain of coupling model,the sliding mesh technology was utilized to describe the rotations of the atmospheric composite cutterhead and the short screw conveyor.In the particle domain of coupling model,the dynamic particle factories were established to produce rock particles with the rotation of the cutterhead.And the accuracy and reliability of the CFD-DEM simulation results were validated via the field test and model test.Furthermore,a comprehensive parameter analysis was conducted to examine the effects of TBM operating parameters,the geometric design of screw conveyor and the size of rocks on the discharging performance of short screw conveyor.Accordingly,a reasonable rotational speed of screw conveyor was suggested and applied to Jiaozhou Bay Second Undersea Tunnel project.The findings in this paper could provide valuable references for addressing the excavation chamber clogging during ultra-large-diameter slurry TBM tunneling in hard rock for similar future. 展开更多
关键词 Slurry tunnel boring machine(TBM) Short screw conveyor Slurry chamber clogging Computational fluid dynamics-discrete element method(CFD-DEM)coupled modeling Engineering application
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基于CFD-DEM耦合方法的浮冰区船舶阻力数值模拟 认领 引用
3
作者 徐佩 郭迎春 +2 位作者 寇莹 王超 孙乾洋 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2026年第13期60-70,共11页
基于计算流体力学-离散元耦合方法(computational fluid dynamics-discrete element method,CFD-DEM),运用STAR-CCM+软件,对船舶在浮冰区航行过程中的冰阻力特性与破冰机理开展了系统的数值模拟分析。为保证模拟结果的数值可靠性,首先... 基于计算流体力学-离散元耦合方法(computational fluid dynamics-discrete element method,CFD-DEM),运用STAR-CCM+软件,对船舶在浮冰区航行过程中的冰阻力特性与破冰机理开展了系统的数值模拟分析。为保证模拟结果的数值可靠性,首先完成了网格收敛性验证,并通过多尺度网格加密及敏感性分析,确定了兼顾计算效率与模拟精度的最优数值模型。研究重点考察了船舶航速与浮冰厚度两个关键参数对冰阻力的非线性影响规律,揭示了船-冰相互作用中冰阻力变化与破碎能量耗散的内在机制。进一步从应力波传播、断裂模式、动能转化等角度,对不同工况下浮冰的破碎程度、裂纹扩展路径及碎冰堆积形态进行了定量评估与定性分析。该研究深化了对船-冰-水多相耦合动力学行为的理解,并为极地船舶冰区航行性能优化与抗冰结构设计提供了可靠的数值分析方法与工程参考。 展开更多
关键词 浮冰 船舶 计算流体力学-离散元耦合方法(CFD-DEM) 冰阻力 数值模拟
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基于CFD-DEM模拟的泥水盾构短螺旋输送机泥渣滞排优化 认领 引用
4
作者 杨益 张志浩 +3 位作者 李兴高 汪青杰 郭易东 郑帅 《隧道建设（中英文）》 EI CSCD 北大核心 2026年第3期631-644,共14页
为解决大直径泥水盾构在青岛胶州湾第二海底隧道工程中遭遇的高黏性地层泥渣滞排难题,提出并评估一种短螺旋输送机辅助排渣方案。采用计算流体动力学与离散元法(CFD-DEM)耦合的数值模拟方法,建立包含刀盘、泥水舱及排浆系统的1∶1全尺... 为解决大直径泥水盾构在青岛胶州湾第二海底隧道工程中遭遇的高黏性地层泥渣滞排难题,提出并评估一种短螺旋输送机辅助排渣方案。采用计算流体动力学与离散元法(CFD-DEM)耦合的数值模拟方法,建立包含刀盘、泥水舱及排浆系统的1∶1全尺寸模型,将JKR接触模型作为等效数值工具,通过室内黏附剪切试验数据标定表面能参数,以准确再现含水黏土颗粒间的宏观黏附与团聚行为。通过设置含短螺旋输送机的试验组与传统结构的对照组,系统对比分析2种方案在流场特性、颗粒运移、排渣效率及能耗等方面的差异。结果表明:1)短螺旋输送机显著改善了泥水舱内的流场均匀性,流速标准差由0.82 m/s降至0.47 m/s,有效缓解了局部滞流。2)颗粒滞留现象得到根本性改善,舱内颗粒滞留比例由对照组的30%~40%大幅降至约10%。3)排渣模式由间歇性转变为连续稳定,试验组在启动90 s后排渣效率迅速提升并稳定在约250.00 kg/s、接近258.00 kg/s的理论掘进排渣率,180 s内累计排渣量较对照组提高了238%。4)尽管启动初期能耗略增,但系统稳定运行后(2 min)总能耗显著降低,在3 min循环周期内,综合能耗降低了12.8%。 展开更多
关键词 泥水盾构 泥渣滞排 短螺旋输送机 CFD-DEM耦合分析
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深部煤层气转向压裂缝内暂堵剂运移封堵数值模拟 认领 引用 被引量：2
5
作者 任岚 赵格 +4 位作者 林然 任千秋 吴建发 宋毅 沈骋 《大庆石油地质与开发》 CAS 北大核心 2026年第2期59-67,共9页
在煤层气开发过程中,由于深部煤岩塑性强、地应力差大,主要采用暂堵转向压裂技术促进缝网复杂扩展,但压裂现场数据表明,部分压裂段暂堵参数不合理,未能实现暂堵剂在裂缝中的成功架桥封堵,导致裂缝转向失败进而影响压裂效果。考虑裂缝内... 在煤层气开发过程中,由于深部煤岩塑性强、地应力差大,主要采用暂堵转向压裂技术促进缝网复杂扩展,但压裂现场数据表明,部分压裂段暂堵参数不合理,未能实现暂堵剂在裂缝中的成功架桥封堵,导致裂缝转向失败进而影响压裂效果。考虑裂缝内支撑剂砂堤对暂堵剂运移的影响,基于计算流体动力学(CFD)和离散元方法 (DEM)耦合建立了煤岩水力裂缝内暂堵剂颗粒运移封堵数值模型,探究了不同施工参数下暂堵剂颗粒架桥行为和暂堵效率。结果表明:暂堵剂注入时粒径体积比最佳为4∶1;压裂液黏度、暂堵剂体积分数、流体注入速度等关键因素会影响暂堵卡堵架桥时间、架桥暂堵体积大小和卡堵距离;入口缝宽与暂堵剂体积无显著关联,不同裂缝缝宽均能有效暂堵。研究成果为深部煤层气的现场暂堵转向工艺及人工缝网调控机制提供了理论指导。 展开更多
关键词 暂堵剂 运移封堵 深部煤层气 流体动力学与离散元方法耦合(CFD-DEM)
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XDEM multi-physics and multi-scale simulation technology: Review of DEM-CFD coupling, methodology and engineering applications 认领 引用 被引量：8
6
作者 Bernhard Peters Maryam Baniasadi +4 位作者 Mehdi Baniasadi Xavier Besseron Alvaro Estupinan Donoso Mohammad Mohseni Gabriele Pozzetti 《Particuology》 SCIE EI CAS CSCD 2019年第3期176-193,共18页
The extended discrete element method (XDEM) multi-physics and multi-scale simulation platform is being developed at the Institute of Computational Engineering, the University of Luxembourg. The platform is an advanced... The extended discrete element method (XDEM) multi-physics and multi-scale simulation platform is being developed at the Institute of Computational Engineering, the University of Luxembourg. The platform is an advanced multi-physics simulation technology that combines flexibility and versatility to establish the next generation of multi-physics and multi-scale simulation tools. For this purpose, the simulation framework relies on coupling various predictive tools based on an Eulerian and Lagrangian approach. The Euleria n approach represents the wide field of con tinuum models;the Lagra ngian approach is perfect for characterising discrete phases. Continuum models thus include classical simulation tools, such as computational fluid dynamics simulation and finite element analysis, while an extended configuration of the classical discrete element method addresses the discrete (e.g., particulate) phase. Apart from predicting the trajectories of in dividual particles, XDEM-suite extends the application of the XDEM to estimating the thermodynamic state of each particle using advanced and optimised algorithms. The thermodynamic state may include temperature and species distributions due to chemical reaction and external heat sources. Hence, coupling these extended features with either computational fluid dynamics simulation or finite element analysis opens a wide range of applications as diverse as pharmaceuticals, agriculture, food processing, mining, construction and agricultural machinery, metals manufacturing, energy production and systems biology. 展开更多
关键词 Multi-phase modelling Coupled computational fluid dynamics-discrete element method
CFD-DEM modelling of suffusion in multi-layer soils with different fines contents and impermeable zones 认领 引用 被引量：9
7
作者 Pei WANG Ying GE +2 位作者 Tuo WANG Qi-wei LIU Shun-xiang SONG 《Journal of Zhejiang University-SCIENCE A》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第1期6-19,共14页
Suffusion in broadly graded granular soils is caused by fluid flow and is a typical cause of geo-hazards.Previous studies of it have mainly focused on suffusion in homogeneous soil specimens.In this study,the coupled ... Suffusion in broadly graded granular soils is caused by fluid flow and is a typical cause of geo-hazards.Previous studies of it have mainly focused on suffusion in homogeneous soil specimens.In this study,the coupled discrete element method(DEM)and computational fluid dynamics(CFD)approach is adopted to model suffusion in multi-layered soils with different fines contents,and soils with one or more impermeable zones.The parameters of the CFD-DEM model are first calibrated with the classic Ergun test and a good match with experiment is obtained.Then suffusion in multi-layered soils with different fines contents and impermeable zones is simulated and discussed.The simulation results show that,for soils with multiple layers,the cumulative eroded mass is mainly determined by the fines content of the bottom layer.In general,the higher the fines content of the bottom soil layer,the higher the cumulative eroded mass.In addition,suffusion is more severe if the fines content of the layer above is decreased.Impermeable zones inside soil specimens can increase the flow velocity around those zones,facilitating the migration of fine particles and intensifying suffusion. 展开更多
关键词 Suffusion Layered soils Flow boundary Impermeable zones Computational fluid dynamics-discrete element method(CFD-DEM)
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基于CFD-DEM耦合的水力旋流器水沙运动三维数值模拟 认领 引用 被引量：51
8
作者 喻黎明 邹小艳 +3 位作者 谭弘 严为光 陈立志 熊子维 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第1期126-132,共7页
针对水力旋流器内流场运动复杂、沙粒运动规律难以掌握的问题,运用基于颗粒动力学理论的欧拉-拉格朗日液固多相湍流模型,对水力旋流器内的水沙两相三维流动进行了CFD-DEM耦合数值模拟研究,分析了水力旋流器内单个沙粒的轨迹线、速度和... 针对水力旋流器内流场运动复杂、沙粒运动规律难以掌握的问题,运用基于颗粒动力学理论的欧拉-拉格朗日液固多相湍流模型,对水力旋流器内的水沙两相三维流动进行了CFD-DEM耦合数值模拟研究,分析了水力旋流器内单个沙粒的轨迹线、速度和沙粒群的运动规律、分布特性等。模拟结果表明,沙粒粒径越小,沙粒向下运行的距离越短,越容易从下降流中进入到上升流中,越难以分离。粒径为40μm的沙粒,在圆柱体与圆锥体交界面处出现沙粒峰值,分离效果易受影响,而50μm和60μm沙粒在圆锥体部分出现峰值,具有较好的分离效果。通过跟踪单个沙粒和沙粒群的运动可知,沙粒在圆柱体内主要作圆周运动,进入到圆锥体部分,沙粒既有圆周运动,又有明显的进入沉沙口的直线运动。分析大量沙粒个体和群体运动以及群体分布情况能从微观角度了解水力旋流器的分离效率,是水力旋流器性能研究的有效手段。 展开更多
关键词 水力旋流器 水沙运动 离散元法 计算流体力学 耦合 数值模拟
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基于CFD-DEM耦合的尾矿库溃坝数值模拟 认领 引用 被引量：10
9
作者 杨柳 王金安 黎伟佳 《金属矿山》 CAS 北大核心 2022年第8期219-227,共9页
流体在尾矿库溃坝的形成和发展过程中起到至关重要的作用,开展尾矿坝流固耦合研究对认识尾矿库溃坝形成机理和演化规律具有重要意义。选取某典型尾矿库溃坝工程实例,采用CFD-DEM流固耦合方法,先通过标定试验确定数值模拟细观参数,再对... 流体在尾矿库溃坝的形成和发展过程中起到至关重要的作用,开展尾矿坝流固耦合研究对认识尾矿库溃坝形成机理和演化规律具有重要意义。选取某典型尾矿库溃坝工程实例,采用CFD-DEM流固耦合方法,先通过标定试验确定数值模拟细观参数,再对尾矿库溃坝过程进行数值模拟,获得溃坝过程中坝体和尾矿砂的位移场和速度场,并计算尾矿砂运移距离,计算结果与事故调查报告相吻合,证明CFD-DEM流固耦合方法在尾矿库溃坝数值模拟的可行性。数值模拟结果表明:溃坝形成初期,滑移面后方有一个受挤压的区域,滑移面进口端深且陡,出口端较为平缓;尾矿坝溃坝后形成的堆积体呈两头密中间疏,在浆砌子坝前方形成明显的分割带。 展开更多
关键词 流固耦合 尾矿库 数值模拟 计算流体力学 离散元
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基于CFD-DEM的双流体喷嘴颗粒物去除特性及效率优化研究 认领 引用 被引量：6
10
作者 陈波 许尽欢 +4 位作者 李艳英 卢英杰 钟义龙 张哲源 李研彪 《高技术通讯》 CAS 北大核心 2024年第8期895-904,共10页
雾化除尘技术是有效防治大气灾害的重要手段,对于城市、矿山等场所的降尘具有重要意义。双流体雾化喷嘴基于其良好的雾化表现,成为雾化除尘领域的热门研究对象。雾化后雾滴与烟尘颗粒的粘附与沉降过程是双流体喷嘴颗粒物去除的重要步骤... 雾化除尘技术是有效防治大气灾害的重要手段,对于城市、矿山等场所的降尘具有重要意义。双流体雾化喷嘴基于其良好的雾化表现,成为雾化除尘领域的热门研究对象。雾化后雾滴与烟尘颗粒的粘附与沉降过程是双流体喷嘴颗粒物去除的重要步骤。因此,揭示雾滴与烟尘颗粒的粘附与沉降特性对于提升双流体喷嘴颗粒物去除效率具有重要意义,需进一步深入研究。本文基于计算流体力学与离散单元耦合法(CFD-DEM),通过3D设计软件和离散元仿真软件ANSYS、EDEM对双流体喷嘴进行耦合数值模拟仿真,研究颗粒之间的相撞粘附与沉降,得到了不同气液压力比、不同雾滴粒径下雾滴颗粒的速度分布规律,并利用正交数值模拟方法对双流体雾化喷嘴颗粒物去除效率进行研究,得到了各运行参数对颗粒物去除效率的影响规律。结果表明,随着气液压力比的增大,雾滴颗粒最大速度呈增大趋势;雾滴颗粒粒径越小,雾滴颗粒最大速度越大,且加速至最大速度的时间越短;通过极差分析可知,运行参数中对颗粒物去除效率影响因素从大到小依次是雾滴粒径B、气液压力比A、烟尘颗粒粒径D、烟尘颗粒速度C,其最优水平组合为A3B1C3D1。该研究可为双流体雾化喷嘴的颗粒物去除特性研究提供一定的参考。 展开更多
关键词 雾化除尘 双流体喷嘴 去除特性 计算流体力学与离散单元耦合法(CFDDEM) 耦合仿真
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基于CFD-DEM耦合的导向钻头井底岩屑运移特性分析 认领 引用 被引量：2
11
作者 胡金帅 张光伟 +2 位作者 陈雨 李俊岭 闫丰平 《中国粉体技术》 CAS CSCD 2022年第6期37-48,共12页
为了探究旋转导向钻具在导向钻进过程中井底岩屑运移规律,采用计算流体动力学和离散单元法耦合算法(CFD-DEM)建立描述井底钻井液与岩屑颗粒复杂两相流动的模型,运用有限元软件与离散元软件分析旋转导向钻具井底岩屑颗粒的运动学特性;探... 为了探究旋转导向钻具在导向钻进过程中井底岩屑运移规律,采用计算流体动力学和离散单元法耦合算法(CFD-DEM)建立描述井底钻井液与岩屑颗粒复杂两相流动的模型,运用有限元软件与离散元软件分析旋转导向钻具井底岩屑颗粒的运动学特性;探讨旋转导向钻头偏置角度、钻井液流速、钻头转速、岩屑颗粒粒径对井底岩屑颗粒运移特性的影响规律。结果表明:提高转速与钻井液流速,岩屑颗粒的运移速度随之增大,对于井底岩屑颗粒的运移起到正反馈的作用,可提高井底清洁度;岩屑颗粒粒径的增大会减小岩屑颗粒的运移速度,当岩屑颗粒的直径大于3 mm时,岩屑运移速度减小更加明显;旋转导向钻具钻头偏置会导致井底空间结构的变化,岩屑颗粒动能和钻井液水力能量也会削弱,最终会加剧钻头磨损,产生泥包等。 展开更多
关键词 计算流体动力学 离散单元 耦合算法 井底流场 旋转导向钻具 岩屑运移
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基于CFD-DEM耦合的梯级溜槽的设计与分析 认领 引用 被引量：2
12
作者 孙晓霞 胡枫 孟文俊 《中国工程机械学报》 北大核心 2024年第5期652-656,661,共5页
针对传统物料转运过程中溜槽和输送带磨损严重、出口处粉尘浓度过高的问题,建立含臂架的梯级溜槽几何模型,采用基于计算流体力学与离散单元法(CFD-DEM)耦合的数值模拟方法,分析了臂架对转运溜槽的磨损以及对其出口处粉尘排放浓度的影响... 针对传统物料转运过程中溜槽和输送带磨损严重、出口处粉尘浓度过高的问题,建立含臂架的梯级溜槽几何模型,采用基于计算流体力学与离散单元法(CFD-DEM)耦合的数值模拟方法,分析了臂架对转运溜槽的磨损以及对其出口处粉尘排放浓度的影响。仿真结果表明:含臂架的梯级溜槽可以有效控制物料流的速度和方向,降低对溜槽内表面的冲击磨损,降低出口处的粉尘量。 展开更多
关键词 转运溜槽 计算流体力学与离散单元法(CFD-DEM)耦合 粉尘
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棒销式砂磨机的气-液-固三相耦合模型的构建与验证 认领 引用
13
作者 刘璨 何江波 +3 位作者 朱江林 尹凝霞 刘焕牢 张佳蕲 《中国粉体技术》 CAS CSCD 2025年第6期193-207,共15页
【目的】棒销式砂磨机的工作过程存在复杂的气体、液体和固体的三相耦合现象,为了使仿真工况更接近实际工况,构建气-液-固三相耦合仿真模型,提高棒销式砂磨机仿真设计的准确性。【方法】采用离散单元法(discrete element method,DEM)和... 【目的】棒销式砂磨机的工作过程存在复杂的气体、液体和固体的三相耦合现象,为了使仿真工况更接近实际工况,构建气-液-固三相耦合仿真模型,提高棒销式砂磨机仿真设计的准确性。【方法】采用离散单元法(discrete element method,DEM)和计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)分别研究固体相和流体相,并引入流体体积模型(volume of fluid model,VOF)区分流体相所包含的液体相和气体相,分析固体相运动方程、流体相控制方程,确定气-液界面的识别方法和耦合计算方法,制定仿真流程;通过单球落水仿真、颗粒群落水仿真试验分析CFD-DEM-VOF三相耦合模型仿真计算的精度,并进行准确性验证;在设置仿真参数、进行网格划分及其无关性分析基础上,针对棒销式砂磨机的CFD-DEM-VOF三相耦合模型进行仿真试验;对流体速度、颗粒总能量和颗粒的速度的仿真结果进行分析,并通过实验验证仿真结果。【结果】在单球落水仿真试验中,根据CFD-DEM-VOF三相耦合模型的仿真结果与根据Stokes定律的理论计算结果基本吻合;在颗粒群落水仿真过程中,液面上升高度的仿真值与理论值之间的相对误差为1.37%,VOF模型的体积守恒性较好;棒销四面体网格边长小于2 mm、研磨桶四面体网格边长小于2.5 mm时,满足网格独立性的精度要求,同时计算量也较少;随着棒销转速的增大,流体速度、颗粒总能量、颗粒平均速度也逐渐增大;当棒销转速为1400~2000 r/min时,CFD-DEM-VOF三相耦合模型流体速度的仿真与实验结果最为接近;当棒销转速为1400~2200 r/min时,CFD-DEM-VOF三相耦合模型的颗粒总能量仿真值与实验值的最大相对误差为1%。【结论】与仅仅采用流体相、固体相单相模型或固-液两相模型相比,采用CFD-DEM-VOF三相耦合模型设计棒销式砂磨机的计算精度和准确性较高,仿真性能好。 展开更多
关键词 棒销式砂磨机 离散单元法 计算流体动力学 流体体积模型 气-液-固三相耦合模型
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负压取样过程钻杆转速对煤屑-气流动特性的影响研究 认领 引用
14
作者 张宏图 甄泽栋 +1 位作者 李博涛 张欧娅 《中国安全科学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2025年第4期94-100,共7页
为探究负压取样过程中钻杆内煤屑-气流动特性,采用计算流体力学与离散单元法(CFD-DEM)耦合模拟法探讨钻杆转速、煤屑质量流量对煤屑输送过程中气固流动速度分布及煤屑输送效率的影响特征。结果表明:钻杆内气流最大轴向速度随着输送距离... 为探究负压取样过程中钻杆内煤屑-气流动特性,采用计算流体力学与离散单元法(CFD-DEM)耦合模拟法探讨钻杆转速、煤屑质量流量对煤屑输送过程中气固流动速度分布及煤屑输送效率的影响特征。结果表明:钻杆内气流最大轴向速度随着输送距离的增加而逐渐减小并趋于稳定,最大切向速度迅速衰减并消失;钻杆转速增加时,气流最大轴向速度变化不大,最大切向速度显著增加;随着钻杆转速增加,煤屑螺旋流更加明显,旋流区距离变长,悬浮区距离变短;进入钻杆的煤屑数量减少,5 m/s速度以上的煤屑分布增多且分散;转动时钻杆内部实际固气比小于设定值,煤屑输送效率随转速的提高先增后减。 展开更多
关键词 负压取样 钻杆转速 煤屑 流动特性 计算流体力学与离散单元法(CFD-DEM)耦合模拟
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基于CFD-DEM的秸秆还田机碎秆运动特性分析与试验 认领 引用 被引量：24
15
作者 刘鹏 何进 +3 位作者 章志强 卢彩云 张振国 林涵 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第S1期244-253,共10页
为明确玉米碎秆在粉碎室内运动机理,基于CFD-DEM耦合分析不同粉碎刀轴转速碎秆运动过程和受力变化规律。仿真结果表明,当转速为1900、2000 r/min时,碎秆粉碎室壁面平均相互作用力波动较为剧烈,2300 r/min时稳定在(175.228±19.08)N... 为明确玉米碎秆在粉碎室内运动机理,基于CFD-DEM耦合分析不同粉碎刀轴转速碎秆运动过程和受力变化规律。仿真结果表明,当转速为1900、2000 r/min时,碎秆粉碎室壁面平均相互作用力波动较为剧烈,2300 r/min时稳定在(175.228±19.08)N,且碎秆平均能量大幅增加。当转速为1900、2000、2300 r/min时,碎秆间平均作用力最大分别为10.61、7.78、18.76 N,碎秆粉碎刀轴壁面平均作用力分别稳定在(112.36±8.32)N、(101.15±8.02)N和(107.25±4.97)N,碎秆抛撒均匀度分别为(85.40±4.77)%、(78.52±5.56)%和(75.17±5.32)%。粉碎刀轴转速增大,使得碎秆碎秆及碎秆粉碎室壁面平均相互作用力增大,导致碎秆间及碎秆与粉碎室壁面的碰撞次数增多,加剧了碎秆能量的损耗,过大转速不利于碎秆抛撒均匀度提升。为验证仿真结果,进行田间试验验证。结果表明,当转速为1900、2000、2300 r/min时碎秆抛撒均匀度分别为(82.35±6.57)%、(76.14±7.18)%和(74.22±5.65)%。田间试验和仿真结果表明在碎秆长度达标后,增大粉碎刀轴转速不利于抛撒均匀度提升,且作业功耗上升较大,同时验证了仿真的准确性。该研究可为玉米秸秆还田机设计和优化提供支撑。 展开更多
关键词 玉米秸秆 计算流体力学 离散元法 耦合 流场分析 运动特性
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基于CFD-FEM耦合方法的冰柱碰撞响应研究 认领 引用
16
作者 宋英龙 杨博睿 +3 位作者 赵禹 杨碧野 郑瑜娜 张桂勇 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2025年第15期67-74,共8页
碰撞冰载荷是影响极地海洋结构物作业安全的重要因素。基于CFD(computational fluid dynamics)软件STAR-CCM+和FEM软件Abaqus协同仿真,构建了计算结构物-浮冰-水相互作用的数值模型,开展了圆柱形结构物与方形浮冰的碰撞响应研究并分析... 碰撞冰载荷是影响极地海洋结构物作业安全的重要因素。基于CFD(computational fluid dynamics)软件STAR-CCM+和FEM软件Abaqus协同仿真,构建了计算结构物-浮冰-水相互作用的数值模型,开展了圆柱形结构物与方形浮冰的碰撞响应研究并分析了不同因素对碰撞响应的影响。进一步从能量转换的角度,提出了一种考虑浮冰初始旋转的碰撞力修正模型。分析了碰撞前、碰撞中和碰撞后阶段对碰撞力峰值的影响,实现了对带有初始旋转的浮冰碰撞载荷的快速估算。研究发现,碰撞前浮冰速度衰减、碰撞持续时间和碰撞后浮冰的转动对碰撞力均有较大影响,碰撞力随浮冰旋转角度增大呈现出先增大后减小的变化趋势。 展开更多
关键词 CFD-FEM耦合 协同仿真 浮冰 结构物 碰撞响应
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间断级配砂土潜蚀过程的DEM-CFD耦合模拟研究 认领 引用
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作者 王永庆 刘智 +2 位作者 熊磊 康捷 任杰 《水资源与水工程学报》 CSCD 北大核心 2025年第3期175-181,共7页
潜蚀是引起堤防和大坝等水利工程破坏的重要因素之一。为了深入探究潜蚀在细观尺度上的发生与发展机理,采用离散元(DEM)与计算流体力学(CFD)耦合的方法建立了土体潜蚀细观分析模型,以探讨水力梯度和细颗粒含量对土体潜蚀的影响,并分析... 潜蚀是引起堤防和大坝等水利工程破坏的重要因素之一。为了深入探究潜蚀在细观尺度上的发生与发展机理,采用离散元(DEM)与计算流体力学(CFD)耦合的方法建立了土体潜蚀细观分析模型,以探讨水力梯度和细颗粒含量对土体潜蚀的影响,并分析细颗粒流失量、流失区域及力链数量等参数的变化规律。结果表明:潜蚀的发展过程可分为启动、发展、侵蚀和稳定4个阶段;在相同的细颗粒含量下,水力梯度越大,细颗粒流失速度越快;在相同水力梯度条件下,渗流初期细颗粒的流失速度随细颗粒含量增加而减小,但其累积流失量则随之增大;潜蚀开始时,颗粒流失首先出现在渗流出口处,随后逐渐从土体两端向中心扩展;随着样品中细颗粒的流失,颗粒体系内细颗粒接触链的数量减少,而粗颗粒接触链数量基本保持不变。 展开更多
关键词 潜蚀 DEM-CFD耦合 细颗粒含量 水力梯度 堤坝
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基于EDEMFluent耦合的颗粒肥料悬浮速度测定试验 认领 引用 被引量：41
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作者 温翔宇 贾洪雷 +3 位作者 张胜伟 袁洪方 王刚 陈天佑 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第3期69-77,共9页
为提供气力施肥装置的设计参考依据,以大颗粒尿素、磷酸二铵和硫酸钾3种颗粒状化肥为试验对象,通过计算流体动力学和离散元法耦合的方法对物料悬浮速度进行数值模拟,采用Lagrangian模型进行气固两相流耦合仿真,试验结果表明,大颗粒尿素... 为提供气力施肥装置的设计参考依据,以大颗粒尿素、磷酸二铵和硫酸钾3种颗粒状化肥为试验对象,通过计算流体动力学和离散元法耦合的方法对物料悬浮速度进行数值模拟,采用Lagrangian模型进行气固两相流耦合仿真,试验结果表明,大颗粒尿素悬浮速度7.21~12.97 m/s,磷酸二铵悬浮速度7.68~12.48 m/s,硫酸钾悬浮速度11.09~18.15 m/s。通过台架试验测定大颗粒尿素悬浮速度6.68~12.48 m/s、磷酸二铵悬浮速度7.22~11.96 m/s、硫酸钾悬浮速度9.46~17.81 m/s,相对误差分别为5.3%、5.1%、7.2%。在颗粒肥料体积分数1.0%、3.5%、6.0%、8.5%时,分别测定肥料颗粒群的悬浮速度,结果表明,颗粒群悬浮速度随着体积分数的增加而减小,在不同颗粒肥料体积分数下,仿真结果与试验结果相对误差近似为常数,其原因为颗粒球形度对悬浮速度的影响,标定得出大颗粒尿素悬浮速度修正系数0.90、磷酸二铵悬浮速度修正系数0.96、硫酸钾悬浮速度修正系数0.84。基于流固耦合的颗粒悬浮速度仿真具有较高的准确度,验证了基于EDEMFluent气固两相流耦合仿真测定物料悬浮速度方法的可行性。 展开更多
关键词 颗粒肥料 悬浮速度 数值模拟 气固耦合 离散元法 计算流体动力学
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A combined multiscale modeling and experimental study on surface modification of high-volume micro-nanoparticles with atomic accuracy 认领 引用 被引量：5
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作者 Zoushuang Li Junren Xiang +4 位作者 Xiao Liu Xiaobo Li Lijie Li Bin Shan Rong Chen 《International Journal of Extreme Manufacturing》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第2期129-144,共16页
Surface modification for micro-nanoparticles at the atomic and close-to-atomic scales is of great importance to enhance their performance in various applications,including high-volume battery,persistent luminescence,e... Surface modification for micro-nanoparticles at the atomic and close-to-atomic scales is of great importance to enhance their performance in various applications,including high-volume battery,persistent luminescence,etc.Fluidized bed atomic layer deposition(FB-ALD)is a promising atomic-scale manufacturing technology that offers ultrathin films on large amounts of particulate materials.Nevertheless,nanoparticles tend to agglomerate due to the strong cohesive forces,which is much unfavorable to the film conformality and also hinders their real applications.In this paper,the particle fluidization process in an ultrasonic vibration-assisted FB-ALD reactor is numerically investigated from micro-scale to macro-scale through the multiscale computational fluid dynamics and discrete element method(CFD-DEM)modeling with experimental verification.Various vibration amplitudes and frequencies are investigated in terms of their effects on the fluid dynamics,distribution of particle velocity and solid volume fraction,as well as the size of agglomerates.Results show that the fluid turbulent kinetic energy,which is the key power source for the particles to obtain the kinetic energy for overcoming the interparticle agglomeration forces,can be strengthened obviously by the ultrasonic vibration.Besides,the application of ultrasonic vibration is found to reduce the mean agglomerate size in the FB.This is bound to facilitate the heat transfer and precursor diffusion in the entire FB-ALD reactor and the agglomerates,which can largely shorten the coating time and improve the film conformality as well as precursor utilization.The simulation results also agree well with our battery experimental results,verifying the validity of the multiscale CFD-DEM model.This work has provided momentous guidance to the mass manufacturing of atomic-scale particle coating from lab-scale to industrial applications. 展开更多
关键词 atomic scale manufacturing fluidized bed atomic layer deposition(FB-ALD) computational fluid dynamics and discrete element method(CFD-DEM) nanoparticle agglomerates ultrasonic vibration
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基于CFD-EDM的自动投饵饲料颗粒气力输送数值模拟 认领 引用 被引量：18
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作者 胡昱 黄小华 +3 位作者 陶启友 袁太平 王绍敏 刘海阳 《南方水产科学》 CAS CSCD 北大核心 2019年第3期113-119,共7页
针对深水网箱自动投饵系统颗粒饲料气力输送时易阻塞与破损的问题,为揭示自动投饵系统中颗粒饲料的气力输送运动特性,开展了管道颗粒饲料气固两相流的数值模拟研究。基于气固两相流理论,分别建立了计算流体模型与离散元模型,通过计算流... 针对深水网箱自动投饵系统颗粒饲料气力输送时易阻塞与破损的问题,为揭示自动投饵系统中颗粒饲料的气力输送运动特性,开展了管道颗粒饲料气固两相流的数值模拟研究。基于气固两相流理论,分别建立了计算流体模型与离散元模型,通过计算流体力学与离散单元法(computational fluid dynamics-discrete element method,CFD-EDM)耦合求解,对饲料颗粒从气力输送管道初始阶段到稳定阶段的运动过程进行了分析,得到颗粒从初始状态到运动稳定阶段的颗粒位置分布情况。对不同位置管道内压力进行了分析对比,得到从管道入口到颗粒运动稳定状态时刻的压降。模拟仿真结果为自动投饵装备的模拟仿真与优化设计提供了参考,使其可以对饲料颗粒运动有更好的导向性,更好地降低弯管处颗粒碰撞的能量损失。 展开更多
关键词 饲料颗粒 流体力学与离散单元法(CFD-EDM) 自动投饵 耦合仿真
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