「沣」收计划 | 十沣大讲堂18期：大型复杂颗粒-流体系统CFD-DEM数值模拟

2023.05.11

近日，「沣」收计划之十沣大讲堂第18期成功举办，本期主题为“大型复杂颗粒-流体系统CFD-DEM数值模拟”。讲座邀请到山东大学褚开维教授作为演讲嘉宾，重点分享了使用粗粒化CFD-DEM方法降低仿真计算量的相关研究成果。

▲如上图，旋风分离器中气-固（颗粒尺寸为1-200微米，服从Rosin–Rammler分布，颗粒数目在1000亿以上）两相流粗粒化CFD-DEM模拟结果和实验结果以及其它数学模型结果定性对比（LPT为拉格朗日颗粒追踪，MP-PIC为multiphase particle-in-cell，TFM为双流体模型）。CG CFD-DEM方法能够较好地同时捕捉物理实验中观察到的栓流（solids strands）和顶灰环（dusty ceiling）现象（Chu, K., et al., Chemical Engineering Science 2020, 260: 117906）

据介绍，复杂颗粒-流体系统（如固体火箭发动机、人体干粉药物输送、血液流动、金属粉末3D打印、地下工程、工业逸尘、循环流化床和旋流器等） 在自然界和工业界无处不在，其中“颗粒动力学” 是《科学》杂志2005年提出的125个最具挑战性的科学问题之一。近年来，耦合的计算流体动力学和离散单元法 (CFD-DEM）被证明是研究颗粒-流体系统内在运行机理的一种有效方法。不过，传统的CFD-DEM方法面临计算量巨大这一致命缺点，该缺点可以采用粗粒化CFD-DEM方法来克服。

▲如上图，褚开维教授团队开发的（粗粒化）CFD-DEM数学模型被用于揭示多种复杂颗粒-流体系统的内在运行机理

讲座中，褚开维教授向十沣技术团队，进一步介绍了一种CFD-DEM模型在不同三维复杂大型颗粒-流体系统的应用，其中重点介绍了使用粗粒化 (coarse-grained) CFD-DEM方法来显着降低DEM仿真的计算成本，包括模型开发（包括颗粒固结），模型验证，模型应用和过程创新等方面。

问题交流环节，十沣技术团队就粗粒化与SPH中粒子自身技术类似点、固体颗粒侵蚀问题中如何考虑体积守恒因素、粗颗粒模型调整恢复系数时注意事项等，具体技术细节问题进行了深入交流。

本期讲座，褚开维教授带来的研究成果分享，令十沣技术团队对CFD-DEM发展历程及应用广度，有了更全面系统的了解，同时也极大拓宽了大家在复杂颗粒-流体系统问题方面的解决思路。

“十沣大讲堂”是由十沣科技发起的一项技术交流系列活动。活动不定期邀请高校和科研机构知名专家学者，通过线上讲座的方式，向十沣科技研发团队介绍仿真领域前沿技术成果与发展趋势。活动的成功举办将为十沣科技研发团队提供更广阔的技术视野，并为高校及科研机构工作者搭建起与产业用户交流沟通的桥梁。

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关于「“ 沣 ” 收计划」

「“沣”收计划」由十沣科技发起，旨在通过技术交流、联合培养人才、产业联盟合作等方式，拉通仿真技术领域产学研联动、推动产学研融合共创。目前计划已成功开展“十沣大讲堂”技术交流系列讲座、合作成果期刊文章发表、联合共建项目等多个项目，我们将陆续推出相关项目的详细报道。未来，十沣科技还将探索更多产学研合作模式，开展更加丰富和深入的产学研共创项目。

自主仿真技术产业的蓬勃发展必将漫长而艰辛。然而十沣科技相信，产学研在技术攻坚、应用创新上的通力协作，正为产业长远发展撒下种子。经过千千万万产学研伙伴的长期、共同深耕，自主仿真技术产业终将迎来高速发展与丰收的产业春天。