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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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A two-point three-phase resolved coupling framework for modeling boulder-laden debris flows 认领 引用
2
作者 Yangfan Ma Mitsuteru Asai +3 位作者 Bin Su Zheng Han Changze Li Guangqi Chen 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE CSCD 2026年第2期932-953,共22页
Stony debris flows,characterized by coarse boulders embedded in a sediment-laden matrix,greatly amplify destructive potential by altering flow dynamics and impact forces.Conventional single-phase particle-fluidmixture... Stony debris flows,characterized by coarse boulders embedded in a sediment-laden matrix,greatly amplify destructive potential by altering flow dynamics and impact forces.Conventional single-phase particle-fluidmixture models often struggle to capture the complexities introduced by coarse boulders and multi-phase interactions,while strong-coupling methods can be computationally prohibitive for practical hazard assessments.In this study,we propose a semi-hybrid,fully resolved coupling numerical framework for modeling boulder-laden debris flows.This framework conceptualizes debris flows as a composite system comprising a continuous viscous fluidphase(including finesediments)and a discrete phase of arbitrarily shaped coarse particles.The continuous phase is treated as a generalized nonlinear Coulomb-viscoplastic fluidusing the smoothed particle hydrodynamics(SPH)method,while coarse particles are modeled via the distributed contact discrete element method(DCDEM).These two phases are coupled through an efficienttwo-way resolved scheme,ensuring accurate simulation of flow-boulder interactions within a unifiedtimeframe.We validate the proposed method against two physical experiments:(1)gravity-driven concrete flows and(2)debris flowinteracting with slit-type barriers.Results confirmthe method's robustness in accurately capturing fluid-solid-structureinteractions and deposition processes.Its capabilities are further showcased through the simulation of a stony debris-flowevent inWenchuan County,China,highlighting its promise for real-world engineering applications and validating the effectiveness of the existing cascade dam system in mitigating debrisflowimpact and energy dissipation. 展开更多
关键词 Debris flow Large boulders Smooth particle hydrodynamics(SPH) Discrete element method(DEM) Multi-phase Resolved coupling
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CFD-DEM耦合方法在桥墩局部冲刷研究中的应用综述 认领 引用
3
作者 齐洪亮 余英涛 +3 位作者 田伟平 李家春 闫禧 王寒玉 《长安大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2026年第2期85-105,共21页
系统综述了计算流体动力学耦合离散元法(CFD-DEM)在桥墩局部冲刷研究中的最新进展,重点论述了桥墩局部冲刷的动力学机制、CFD-DEM耦合方法的技术演进及其耦合策略等,分别从宏观和微观角度分析了CFD-DEM耦合方法在桥墩局部冲刷方面的应用... 系统综述了计算流体动力学耦合离散元法(CFD-DEM)在桥墩局部冲刷研究中的最新进展,重点论述了桥墩局部冲刷的动力学机制、CFD-DEM耦合方法的技术演进及其耦合策略等,分别从宏观和微观角度分析了CFD-DEM耦合方法在桥墩局部冲刷方面的应用,并在此基础上分析了CFD-DEM耦合方法在桥墩局部冲刷研究方面的不足。研究结果表明:CFD-DEM耦合方法能够较好地展示桥墩绕流、马蹄涡与尾涡演化过程和泥沙颗粒起动、输移、堆积之间的关系,为揭示局部冲刷机理提供了由宏观到微观的分析手段;现有研究推动了桥墩局部冲刷研究由冲刷深度预测向颗粒动力学过程分析拓展,然而高雷诺数条件下湍流结构模拟精度仍受限制,实桥尺度长时序计算难度较大,且DEM中球形颗粒假设与天然泥沙形态存在偏差,非球形颗粒在建模时仍需权衡精度与效率,CFD-DEM耦合计算成本较高;粗粒化方法虽能提高效率,却可能削弱局部流场和颗粒微观作用的表达能力,且当前多软件的耦合方式在数据交换、时间步协调和数值稳定性方面仍有改进空间;未来应重点提升并行计算效率,完善非球形泥沙颗粒动力学模型,发展高保真粗粒化方法,并推动耦合架构集成化和人工智能辅助模拟的深入应用。 展开更多
关键词 桥梁工程 局部冲刷 计算流体动力学-离散元法 耦合方法 宏观和微观机理
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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
4
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耦合的大豆玉米复合种植深松气力深施肥装置设计与试验 认领 引用
5
作者 奚小波 杜恒通 +3 位作者 陈治国 史扬杰 张宝峰 于潇泽 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2026年第10期77-87,共11页
针对大豆玉米带状复合种植中耕期协同深松与深施肥农艺需求,本文设计了一种深松气力深施肥装置,通过深松铲后侧集成风送式排肥系统,实现松土与肥料深施同步作业。采用计算流体力学与离散元法(CFD-DEM)耦合仿真方法优化气肥混合腔结构,... 针对大豆玉米带状复合种植中耕期协同深松与深施肥农艺需求,本文设计了一种深松气力深施肥装置,通过深松铲后侧集成风送式排肥系统,实现松土与肥料深施同步作业。采用计算流体力学与离散元法(CFD-DEM)耦合仿真方法优化气肥混合腔结构,以喉管收缩深度、喉管收缩角度和变径管半锥角为影响因素,以排肥管出口气流速度与肥料颗粒速度为试验指标,建立了回归模型。优化后喉管收缩深度28.08 mm、喉管收缩角度52.1°、变径管半锥角22.3°,模型预测得出肥口气流速度为16.59 m/s、肥料颗粒速度为2.69 m/s,与仿真验证误差小于1.5%。田间试验结果表明,设计的深松气力深施肥装置能够实现肥料精准稳定深施,平均施肥量偏差4.63%,各管路排肥一致性好且未发生堵塞,深松与施肥深度均达到农艺要求,大豆与玉米行深松深度稳定性系数均高于96%,施肥深度稳定性系数均高于95%。研究结果为大豆玉米复合种植下高效精准深松施肥作业提供有效装备解决方案与理论依据。 展开更多
关键词 大豆玉米复合种植 深松施肥 气力施肥 CFD-DEM耦合 离散元仿真
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半解析CFD-DEM耦合方法研究进展 认领 引用
6
作者 许成顺 苏卓林 +1 位作者 徐佳琳 吴昕怡 《土木工程学报》 EI CSCD 北大核心 2026年第2期1-19,共19页
流体-颗粒相互作用广泛存在于岩土工程、生物能源与工业过程等领域,CFD-DEM耦合方法因其能同时解析流体连续相与颗粒离散相的动态行为,已成为该类多相系统模拟的主流手段。文章系统综述了CFD-DEM耦合方法,重点聚焦于近年来快速发展的半... 流体-颗粒相互作用广泛存在于岩土工程、生物能源与工业过程等领域,CFD-DEM耦合方法因其能同时解析流体连续相与颗粒离散相的动态行为,已成为该类多相系统模拟的主流手段。文章系统综述了CFD-DEM耦合方法,重点聚焦于近年来快速发展的半解析策略。首先梳理了离散单元法在接触模型与非球形颗粒建模方面的进展;其次对比了全解析、非解析与半解析三类耦合方法的适用条件与技术特点;进而详细评述了基于统计核函数、扩散平滑、双网格及粒子点云等主流半解析算法的原理、优势与局限。最后,针对复杂颗粒形态处理、致密饱和体系模拟、多物理场耦合及机器学习融合等方面的挑战,提出未来研究方向。该文旨在为相关领域研究者提供方法选择与模型开发的参考依据,促进半解析CFD-DEM方法在岩土工程及相关领域的深入应用与发展。 展开更多
关键词 CFD-DEM耦合 半解析方法 流体颗粒相互作用 孔隙场重构
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基于CFD-DEM的西堠门公铁两用大桥金塘侧桥塔基础抛石颗粒群运动规律分析 认领 引用
7
作者 徐汪豪 唐潮 +2 位作者 雷鸣 崔苗苗 徐登云 《铁道标准设计》 北大核心 2026年第4期114-123,共10页
基于西堠门公铁两用大桥金塘侧主塔基础实际施工工艺,为研究主塔基础抛石回填施工过程中,抛石颗粒群受到洋流影响下的运动特征,通过CFD-DEM耦合数值分析手段分析抛石颗粒群在料管内的运动特征,并获得不同洋流工况下桥塔基础及人工爆破... 基于西堠门公铁两用大桥金塘侧主塔基础实际施工工艺,为研究主塔基础抛石回填施工过程中,抛石颗粒群受到洋流影响下的运动特征,通过CFD-DEM耦合数值分析手段分析抛石颗粒群在料管内的运动特征,并获得不同洋流工况下桥塔基础及人工爆破沟槽处洋流场、抛石颗粒群的运动规律。研究分析发现,主塔基础侧面的流速是洋流流速的2倍,工程爆破形成的沟槽斜坡将导致洋流形成一道环绕基础的“U”形涡流。数值分析发现,抛石回填过程中颗粒在管内发生竖向的减速与匀速运动,且颗粒群以密集团簇形式离开管口。不同落料位置处的颗粒群漂移规律以洋流流动方向为轴对称分布,颗粒漂移主要以沿着基础侧面旋转移动为主,单个落料口下发生的偏移角度与洋流流速正相关,最大偏移角度可达52°,但在来流轴线附近±22.5°、±157.5°以内落料的颗粒群漂移不明显。这种旋转偏移现象与偏移角度呈现抛物线形规律,在来流偏移角为±45°~±80°之间达到偏移峰值,超过±80°后快速回落。研究结果可为后续复杂洋流环境、基底无覆盖层环境下桥塔基础的设计优化、施工提供参考。 展开更多
关键词 公铁两用桥 CFD-DEM耦合数值模拟 跨海桥梁 基础冲刷 抛石回填 运动规律
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基于CFD-DEM耦合分析的气吹式施肥机设计与试验 认领 引用
8
作者 杨欣伦 王加一 +3 位作者 杨健 石劲松 高晖 吕佳奇 《农机化研究》 北大核心 2026年第11期44-52,共9页
针对现有施肥机存在排肥堵塞、排肥不均匀等问题,采用力学分析、CFD-DEM耦合仿真和田间试验相结合的方法设计了一种气吹式施肥机。首先,为了增强排肥效果,经排肥过程力学分析得到排肥管曲线滑落角应小于75.96°、排肥管曲线倾角为3.... 针对现有施肥机存在排肥堵塞、排肥不均匀等问题,采用力学分析、CFD-DEM耦合仿真和田间试验相结合的方法设计了一种气吹式施肥机。首先,为了增强排肥效果,经排肥过程力学分析得到排肥管曲线滑落角应小于75.96°、排肥管曲线倾角为3.82°~43.35°。其次,为探究所设计结构参数对排肥效果的影响,采用CFD-DEM耦合仿真进行四因素五水平正交旋转组合试验,结果得到排肥一致性变异系数、排肥稳定性变异系数随着排肥管曲线倾角的增加先减小再增大,随风机转速的增加不断减小;同时,确定了其与排肥管曲线滑落角、排肥管曲线倾角、风机转速、前进速度的回归方程,经求解得到最优参数组合为排肥管曲线滑落角18.99°、排肥管曲线倾角33.47°、风机转速1105 r/min、前进速度1.34 m/s,此时排肥一致性变异系数为1.57%、排肥稳定性变异系数为4.61%;耦合仿真验证试验得到最优参数组合下排肥一致性变异系数为1.68%、排肥稳定性变异系数为4.73%。最终,进行了田间验证试验,得到排肥一致性变异系数为1.84%、排肥稳定性变异系数为5.08%,与耦合仿真验证试验偏差分别为9.5%、7.4%,且两指标均低于国家标准。 展开更多
关键词 气吹式施肥机 力学分析 CFD-DEM耦合仿真 排肥一致性变异系数 排肥稳定性变异系数
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基于CFD-DEM法的矿山充填料浆对管道磨损的影响 认领 引用
9
作者 何文 何耿烽 《中国安全科学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2026年第5期113-121,共9页
为预防矿山充填管道因磨损引发的爆裂、泄漏等安全事故,采用计算流体动力学(CFD)-离散元(DEM)耦合方法,研究充填料浆对管道磨损的影响特征。构建L型管道和固液两相流模型,开展数值模拟试验,以颗粒粒径(0.001~0.1 mm)、料浆固相体积分数(... 为预防矿山充填管道因磨损引发的爆裂、泄漏等安全事故,采用计算流体动力学(CFD)-离散元(DEM)耦合方法,研究充填料浆对管道磨损的影响特征。构建L型管道和固液两相流模型,开展数值模拟试验,以颗粒粒径(0.001~0.1 mm)、料浆固相体积分数(60%~80%)和料浆流速(2~6 m/s)为试验中充填料浆的变化参数,探究不同颗粒粒径、料浆固相体积分数和料浆流速下管道的最大磨损率。结果表明:颗粒粒径及料浆固相体积分数与管道最大磨损率呈非线性关系,0.1 mm粒径时管道的最大磨损率为13.4×10-5kg/m2;料浆固相体积分数存在临界值70%,其最大磨损率为7.15×10-5kg/m2,超过该固相体积分数后管道磨损趋于稳定;料浆流速与管道最大磨损率呈线性关系,流速7 m/s时,最大磨损率为8.25×10-6kg/m2。各参数对管道磨损影响的大小依次为:颗粒粒径>料浆固相体积分数>料浆流速;颗粒粒径与料浆固相体积分数的交互作用影响最大,料浆固相体积分数和料浆流速的交互作用次之,颗粒粒径和料浆流速交互作用影响最小。 展开更多
关键词 计算流体动力学(CFD)-离散元(DEM) 矿山 充填料浆 管道磨损 料浆流速 颗粒粒径 固相体积分数
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Investigation of flight stability for fixed canard dual-spin projectile via CFD/RBD coupled method 认领 引用
10
作者 Gang Wang Tengyue Zhang +2 位作者 Tianyu Lin Haizhen Lin Ke Xi 《Defence Technology（防务技术）》 SCIE EI CAS CSCD 2025年第11期1-18,共18页
In this paper,a high-fidelity computational fluid dynamics(CFD)and rigid body dynamics(RBD)coupled platform for virtual flight simulation is developed to investigate the flight stability of fixed canard dual-spin proj... In this paper,a high-fidelity computational fluid dynamics(CFD)and rigid body dynamics(RBD)coupled platform for virtual flight simulation is developed to investigate the flight stability of fixed canard dual-spin projectile.The platform's reliability is validated by reproducing the characteristic resonance instability of such projectiles.By coupling the solution of the Unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes equations and the seven-degree-of-freedom RBD equations,the virtual flight simulations of fixed canard dual-spin projectiles at various curvature trajectories are achieved,and the dynamic mechanism of the trajectory following process is analyzed.The instability mechanism of the dynamic instability during trajectory following process of the fixed canard dual-spin projectile is elucidated by simulating the rolling/coning coupled forced motion,and subsequently validated through virtual flight simulations.The findings suggest that an appropriate yaw moment can drive the projectile axis to precession in the tangential direction of the trajectory,thereby enhancing the trajectory following stability.However,the damping of the projectile attains its minimum value when the forward body equilibrium rotational speed(-128 rad/s)is equal to the negative of the fast mode frequency of the projectile.Insufficient damping leads to the fixed canard dual-spin projectile exiting the dynamic stability domain during the trajectory following,resulting in weakly damped instability.Keeping the forward body not rotating or increasing the spin rates to-192 rad/s can enhance the projectile's damping,thereby improving its dynamic stability. 展开更多
关键词 Fixed canard dual-spin projectile CFD/RBD coupled method Virtualflight simulation Following stability Dynamic stability
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基于CFD-DEM耦合法的絮团分形成长行为研究 认领 引用
11
作者 王学涛 邵宇晨 +2 位作者 毛治然 王余莲 崔宝玉 《矿产保护与利用》 CAS CSCD 2026年第2期168-177,共10页
絮团分形结构特征对絮团沉降和压密脱水行为有着重要的影响,目前传统实验方法难以精确解析微观絮凝过程。为了克服这一局限性难题,基于计算流体力学-离散元法(Computational Fluid Dynamic-Discrete Element Method,CFD-DEM)耦合,在实... 絮团分形结构特征对絮团沉降和压密脱水行为有着重要的影响,目前传统实验方法难以精确解析微观絮凝过程。为了克服这一局限性难题,基于计算流体力学-离散元法(Computational Fluid Dynamic-Discrete Element Method,CFD-DEM)耦合,在实验验证基础上建立了絮团分形成长数值模型。应用所建立的数值模型,对实验型絮凝搅拌器典型区域内微细矿物颗粒絮凝行为进行了数值模拟研究。通过考察不同搅拌转速条件下颗粒配位数统计量、絮团的空隙率、絮团的有效密度等重要参数,揭示絮团的分形成长演变规律、运动变化规律以及沉降机制。结果表明:固定搅拌转速下且颗粒配位数小于3时,颗粒配位数和搅拌转速总体呈正相关性;颗粒配位数大于5时,颗粒配位数和搅拌转速呈负相关性;在研究搅拌转速范围内(250~450 r/min),絮团平均粒径随搅拌转速增加而降低,空隙率随絮团中子颗粒数的增加而增加,而有效密度与絮团等效直径呈幂减函数关系。研究结果不仅为深入理解絮团分形成长机制以及过程调控提供理论依据,同时对絮凝工艺过程强化提供技术指导。 展开更多
关键词 絮团 分形成长 流场特性 搅拌转速 CFD-DEM耦合法
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基于CFD-DEM耦合的矿石智能分选机一分三执行机构参数优化 认领 引用
12
作者 肖海鹏 张怀亮 +2 位作者 张晓亮 冯啟轩 胡宇婷 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CSCD 北大核心 2026年第4期1649-1663,共15页
为提升矿石智能分选机一分三执行机构工作性能,提出一种基于CFD-DEM耦合的执行机构参数优化方法。基于计算流体动力学(CFD)建立气嘴流场模型,应用离散元法(DEM)建立矿石颗粒模型,使用耦合的CFD-DEM模型模拟气嘴精准喷吹矿石的过程。利用... 为提升矿石智能分选机一分三执行机构工作性能,提出一种基于CFD-DEM耦合的执行机构参数优化方法。基于计算流体动力学(CFD)建立气嘴流场模型,应用离散元法(DEM)建立矿石颗粒模型,使用耦合的CFD-DEM模型模拟气嘴精准喷吹矿石的过程。利用MATLAB程序对矿石离开气流作用域后的轨迹进行预测,通过对比预测结果与试验测算结果,验证模型的正确性。通过单因素仿真分析,得到了上、下气嘴角度,上、下气嘴与滚筒距离,上、下气嘴喷吹高度,前、后分界挡板与滚筒距离,上、下气嘴喷吹气压这10个因素对精矿执行率、尾矿执行率、精矿仓夹带率和尾矿仓夹带率的影响规律,并建立了执行率和夹带率的响应面回归模型。以提高精矿、尾矿执行率,降低精矿、尾矿仓夹带率为优化目标,利用MOPSO算法得到最优参数组合。研究结果表明:与原有设备相比,执行机构经优化后精矿执行率提升了12.68%,尾矿执行率提升了2.23%,精矿仓夹带率降低了1.76%,尾矿仓夹带率降低了0.36%,研究结果对提升分选机分选精度及工作效率具有重要意义。 展开更多
关键词 矿石智能分选机 分离执行机构 CFD-DEM耦合模型 单因素分析 多目标优化
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基于CFD-DEM的切喷形式沸腾混合机工艺参数优化及饲料颗粒混合过程模拟 认领 引用
13
作者 田相雨 孟兆新 +1 位作者 王孟刚 沙宇峰 《饲料工业》 CAS 北大核心 2026年第6期15-22,共8页
试验旨在研究优化后的新型气力式混合设备的仿真结果和生产价值。通过计算流体动力学(CFD)和离散单元法(DEM)的耦合模拟,研究了切喷式沸腾混合机中的颗粒行为和混合效果。文章重点分析了鱼鳞板在优化气流分布和增强湍流强度方面的作用... 试验旨在研究优化后的新型气力式混合设备的仿真结果和生产价值。通过计算流体动力学(CFD)和离散单元法(DEM)的耦合模拟,研究了切喷式沸腾混合机中的颗粒行为和混合效果。文章重点分析了鱼鳞板在优化气流分布和增强湍流强度方面的作用。结果表明:鱼鳞孔在开口宽度为21 mm、高度为3.0 mm、开孔率在8.4%时,设备内部混合流场最佳,优化后的切喷式沸腾混合机在较大程度减少颗粒混合死区,以提升混合动力学行为,可以在短时间内将混合均匀度提升至80%以上。 展开更多
关键词 沸腾混合机 CFD-DEM耦合模拟 鱼鳞板 切喷风口 饲料颗粒
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基于CFD-DEM方法的高炉炉料轨迹落点预测 认领 引用
14
作者 何潺 刘丕亮 +1 位作者 林帅辉 吴博 《冶金能源》 CAS 北大核心 2026年第1期62-69,共8页
针对当前高炉炉料落点预测的不足,文章采用CFD-DEM方法分析高炉炉料轨迹和落点位置,并利用程树森等提出的数学模型验证CFD-DEM模型的准确性。该方法全面考虑多种影响因素,包括科里奥利力、煤气流量、溜槽的旋转速度和倾角等,直观和精准... 针对当前高炉炉料落点预测的不足,文章采用CFD-DEM方法分析高炉炉料轨迹和落点位置,并利用程树森等提出的数学模型验证CFD-DEM模型的准确性。该方法全面考虑多种影响因素,包括科里奥利力、煤气流量、溜槽的旋转速度和倾角等,直观和精准地再现炉料在高炉内的运动过程。结果表明:当溜槽转速为1.05 rad/s时,科里奥利力对焦炭和矿石落点的影响分别达到28%和22%,煤气流非均匀性使焦炭和矿石的落点半径外移2.74%和3.87%。精准预测料流轨迹落点必须综合考虑科里奥利力和煤气流的影响。与数学模型对比,CFD-DEM模型对焦炭和矿石落点半径预测均方根误差分别为0.060 m和0.055 m,最大相对偏差不超过5%,与数学模型预测结果几乎一致,因此能够准确预测高炉炉料轨迹落点,为后续高炉布料操作提供新的理论依据。 展开更多
关键词 无料钟炉顶高炉 CFD-DEM 数学模型验证 科里奥利力 气固耦合
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基于CFD-DEM耦合模型的浮冰运动堆积与核电拦冰结构效应分析 认领 引用
15
作者 张广琦 李岩 +3 位作者 战超 李世龙 孟昭巍 王庆 《中国核电》 2026年第4期538-545,共8页
海冰是影响寒区海域核电取水工程安全的重要载荷之一,其输运堆积过程易堵塞冷源取水口,同时海冰撞击产生的瞬时平均压强可能引发拦冰结构破坏。海冰破碎、堆积程度及其对结构物(拦冰网/破冰锥)的撞击与挤压作用,与水流流速和破冰结构类... 海冰是影响寒区海域核电取水工程安全的重要载荷之一,其输运堆积过程易堵塞冷源取水口,同时海冰撞击产生的瞬时平均压强可能引发拦冰结构破坏。海冰破碎、堆积程度及其对结构物(拦冰网/破冰锥)的撞击与挤压作用,与水流流速和破冰结构类型有着密切关系。通过设置不同水流流速、数量和尺寸的浮冰,利用CFD-DEM流固耦合数值模型,研究破冰锥结构对浮冰破碎程度、堆积厚度及对结构物压力(撞击/挤压)变化的影响;通过相同比尺的物理模型水槽试验验证了水流流速和浮冰堆积情况等参数,验证了数值模型的可靠性。研究结果表明,在相同水深情况下,随着水流流速逐渐增大,拦冰网前浮冰堆积厚度呈现快速增加后趋向稳定的趋势;拦冰网的受力随浮冰增多而逐渐增大。在水流驱动下,破冰锥存在能够有效降低浮冰的完整性,流速越大,浮冰破碎程度越高;相较于无破冰锥情景,破冰锥缓解了浮冰堆积和浮冰对拦冰网的瞬间压力。以上研究可为寒区海域取水工程拦冰结构优化提供技术支撑。 展开更多
关键词 数值模拟 CFD-DEM耦合模型 海冰运动 破碎堆积 拦冰组合结构
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Structural Parameter Analyses on Rotor Airloads with New Type Blade-Tip Based on CFD/CSD Coupling Method 认领 引用
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作者 Wang Junyi Zhao Qijun Ma Li 《Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics》 EI CSCD 2016年第6期
For accurate aeroelastic analysis,the unsteady rotor flowfield is solved by computational fluid dynamics(CFD)module based on RANS/Euler equations and moving-embedded grid system,while computational structural dynamics... For accurate aeroelastic analysis,the unsteady rotor flowfield is solved by computational fluid dynamics(CFD)module based on RANS/Euler equations and moving-embedded grid system,while computational structural dynamics(CSD)module is introduced to handle blade flexibility.In CFD module,dual time-stepping algorithm is employed in temporal discretization,Jameson two-order central difference(JST)scheme is adopted in spatial discretization and B-L turbulent model is used to illustrate the viscous effect.The CSD module is developed based on Hamilton′s variational principles and moderate deflection beam theory.Grid deformation is implemented using algebraic method through coordinate transformations to achieve deflections with high quality and efficiency.A CFD/CSD loose coupling strategy is developed to transfer information between rotor flowfield and blade structure.The CFD and the CSD modules are verified seperately.Then the CFD/CSD loose coupling is adopted in airloads prediction of UH-60A rotor under high speed forward flight condition.The calculated results agree well with test data.Finally,effects of torsional stiffness properties on airloads of rotors with different tip swept angles(from 10° forward to 30° backward)are investigated.The results are evaluated through pressure distribution and airloads variation,and some meaningful conclusions are drawn the moderated shock wave strength and pressure gradient caused by varied tip swept angle and structural properties. 展开更多
关键词 rotor airloads structural parameter computational fluid dynamics(CFD) computational structural dynamics(CSD) loose coupling method
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基于CFD-DEM方法的透水混凝土堵塞因素的数值模拟 认领 引用
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作者 曾佳威 《上海建材》 2026年第3期96-100,共5页
在主动排水减压抗浮结构中,透水混凝土因具有快速降低地下水压力的能力而得到广泛应用,但其内部易出现堵塞现象。本研究利用计算流体力学-离散元(CFD-DEM)耦合方法开展模拟。结果表明:颗粒浓度与透水混凝土堵塞达到稳定状态所需时间呈... 在主动排水减压抗浮结构中,透水混凝土因具有快速降低地下水压力的能力而得到广泛应用,但其内部易出现堵塞现象。本研究利用计算流体力学-离散元(CFD-DEM)耦合方法开展模拟。结果表明:颗粒浓度与透水混凝土堵塞达到稳定状态所需时间呈负相关,颗粒浓度减小为原浓度的25%,堵塞达到稳定状态所需时间增加445%;仅改变颗粒浓度条件,对透水混凝土的渗透系数降低幅度影响较小。水力坡降与透水混凝土渗透系数衰减幅度呈负相关,水力坡降为0.5时,渗透系数降低幅度较水力坡降为2.0时增加23.66%;透水混凝土进一步堵塞的可能性随着水力坡降的增加而明显下降。 展开更多
关键词 计算流体力学-离散元(CFD-DEM) 透水混凝土 堵塞 渗透系数 数值模拟
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基于CFD-DEM耦合的膨化颗粒饲料气力输送机理数值分析 认领 引用 被引量：6
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作者 王昱 刘佳豪 +4 位作者 罗毅智 周星星 欧一志 齐海军 袁余 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2025年第7期180-189,199,共10页
气力输送是水产饲喂的主要方式之一,然而目前气力输送过程中颗粒运动机理尚不清晰,以致气力输送系统的作业效率难以提升。本文以膨化颗粒饲料为对象,采用CFD-DEM气固耦合数值分析方法,构建双弯管颗粒饲料气力输送过程的数值分析模型,采... 气力输送是水产饲喂的主要方式之一,然而目前气力输送过程中颗粒运动机理尚不清晰,以致气力输送系统的作业效率难以提升。本文以膨化颗粒饲料为对象,采用CFD-DEM气固耦合数值分析方法,构建双弯管颗粒饲料气力输送过程的数值分析模型,采用Box-Behnken响应曲面法量化分析喂料速率、入口风速、弯管数对颗粒饲料料气输送比、出口速度和悬浮程度的影响。方差分析结果显示:喂料速率显著影响料气输送比。各因素对颗粒饲料末端速度影响由强到弱为入口风速、弯管数、喂料速率,各因素对颗粒饲料悬浮程度影响由强到弱为入口风速、喂料速率、弯管数。入口风速与颗粒的出口速度和颗粒在竖直方向的坐标、标准差成正比,当喂料速率小于35 g/s时入口风速对料气输送比无显著影响。随着入口风速提高,颗粒的出口速度提高,颗粒悬浮程度上升,表明气力输送系统的输送性能增强。当入口风速为20 m/s、喂料速率为27.232/s、无弯管时,料气输送比为0.966,颗粒出口速度为12.48 m/s,竖直方向坐标为-3.944 mm,标准差为8.805 mm。研究结果为提升气力输送系统的效率和优化设计提供了理论依据。 展开更多
关键词 颗粒饲料 气力输送 CFD-DEM耦合 数值分析
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基于DEM-CFD的立式搅拌磨机耦合仿真方法及实验研究 认领 引用 被引量：3
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作者 瞿铁 马立峰 +4 位作者 宋现洲 王朝华 张升奇 赵炎龙 纪昊男 《矿产保护与利用》 CSCD 2025年第1期15-22,共8页
针对立式搅拌磨机筒体内部存在螺旋搅拌器、研磨介质球、矿浆等复杂的多相物质耦合运动,开展基于DEM-CFD的耦合仿真方法及实验研究。首先,基于立式搅拌磨机工作原理,采用离散元方法(DEM)和流体动力学(CFD)分别模拟颗粒相和流体相,建立... 针对立式搅拌磨机筒体内部存在螺旋搅拌器、研磨介质球、矿浆等复杂的多相物质耦合运动,开展基于DEM-CFD的耦合仿真方法及实验研究。首先,基于立式搅拌磨机工作原理,采用离散元方法(DEM)和流体动力学(CFD)分别模拟颗粒相和流体相,建立筒体内部流固耦合理论模型;其次,建立实验样机简化模型,研究介质球DEM模型、矿浆流体域CFD模型和DEM-CFD耦合模型的构建方法及参数;然后,通过实验验证不同仿真模型的准确性。结果表明,DEM-CFD仿真结果比DEM模型更接近实验值,DEM-CFD仿真得到的搅拌器扭矩与实验扭矩存在5.43%的偏差,而DEM模型存在8.14%的偏差。通过对比筒体内部介质球速度、碰撞次数及搅拌器扭矩发现:矿浆作为流体域对立式搅拌磨筒体内部的介质球运动存在显著影响,其浮力和黏性降低了介质球的速度和碰撞次数,相反增加了螺旋搅拌器的扭矩。 展开更多
关键词 立式搅拌磨 DEM-CFD 离散元分析 流固耦合 介质球速度 碰撞次数
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循环荷载作用下土体接触侵蚀的CFD-DEM耦合模拟 认领 引用
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作者 蔡国庆 刁显锋 +1 位作者 杨芮 李舰 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2025年第12期229-244,共16页
为研究循环荷载作用下土体层间中常见的渗流侵蚀特性,揭示水-力耦合作用下的接触侵蚀的细观机理,考虑循环荷载幅值的影响,建立了一种基于计算流体动力学(CFD)与离散单元法(DEM)耦合的土体接触侵蚀三维计算模型。首先,分析了不同循环荷... 为研究循环荷载作用下土体层间中常见的渗流侵蚀特性,揭示水-力耦合作用下的接触侵蚀的细观机理,考虑循环荷载幅值的影响,建立了一种基于计算流体动力学(CFD)与离散单元法(DEM)耦合的土体接触侵蚀三维计算模型。首先,分析了不同循环荷载作用周次内的颗粒运动规律与空间分布特征。其次,探讨了由于颗粒侵蚀引起的宏观变形响应特性。同时,选取两个局部变形区域,研究了两种典型的颗粒迁移模式。最后,结合力链分析,讨论了侵蚀过程中的颗粒接触力学演化机制。研究结果表明:在一次循环荷载作用的过程中,加载导致的粗颗粒层挤压与卸载产生的应力松弛均是导致细颗粒发生迁移的主要因素;循环荷载作用会使得土层接触面处产生剧烈的颗粒迁移运动,进而导致试样产生较大的轴向变形,同时渗流场会产生向上的水力梯度以促进细颗粒发生泵送迁移。存在一个幅值阈值,当循环荷载幅值超过该阈值后,土体迅速密实,引起侵蚀变形减弱。 展开更多
关键词 土体接触侵蚀 CFD-DEM耦合 颗粒迁移 宏观变形 细观机理
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