發(fā)布時(shí)間：2020-03-12 06:32

【摘要】：將多孔介質(zhì)局部細(xì)觀流動(dòng)與基于Darcy定律的宏觀物理模型相結(jié)合,應(yīng)用三維CFD-DEM對多孔介質(zhì)流場進(jìn)行局部細(xì)觀數(shù)值模擬,得到多孔介質(zhì)的慣性阻力系數(shù)和粘性阻力系數(shù).并將其作為參數(shù)提供給基于Darcy定律的CFD多孔介質(zhì)模型,從而可用于更大規(guī)模的多孔介質(zhì)流場計(jì)算.應(yīng)用Voronoi多面體作為網(wǎng)格單元,解決了CFD-DEM中網(wǎng)格孔隙率精確計(jì)算的困難.文中發(fā)展的多尺度結(jié)合應(yīng)用的研究方法,在計(jì)算精度和計(jì)算效率的矛盾中找到了較好的平衡,對于工程應(yīng)用而言,有節(jié)約實(shí)驗(yàn)成本、提高計(jì)算結(jié)果可靠性的功效.
【圖文】：

被用于生成Delaunay網(wǎng)格單元，二者互為對偶關(guān)系，如圖3所示．但是本文并不采用Delaunay網(wǎng)格單元，而是采用Voronoi單元作為流體網(wǎng)格單元．每個(gè)固體顆粒都位于一個(gè)Voronoi單元內(nèi)部，每個(gè)多面體網(wǎng)格單元最多包含一個(gè)固體顆粒．由于Voronoi單元不與固體顆粒相交，因此很容易精確計(jì)算單元內(nèi)的孔隙率．這種方法，可以很好地保證流固耦合的計(jì)算精度和計(jì)算效率．唯一的技術(shù)難題在于如何將三維隨機(jī)堆積的小球進(jìn)行Voronoi多面體單元?jiǎng)澐�，本文�?yīng)用開源軟件Voro++實(shí)現(xiàn)這一目的．圖2一個(gè)Voronoi單元Fig．2AVoronoicell圖3Voronoi單元和Delaunay單元互為對偶關(guān)系Fig．3ThedualrelationshipbetweenVoronoiandDelaunaydiagrams2三維數(shù)值模擬本文采用小球堆積模型作為多孔介質(zhì)流動(dòng)的研究對象．首先應(yīng)用DEM，在計(jì)算區(qū)域內(nèi)，用小球進(jìn)行隨機(jī)堆疊形成多孔介質(zhì)，然后應(yīng)用CFD-DEM進(jìn)行細(xì)觀流場計(jì)算，通過對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，獲得多孔介質(zhì)的慣性阻力系數(shù)和黏性阻力系數(shù)，然后將這些阻力系數(shù)應(yīng)用于CFD多孔介質(zhì)模型，最后再將CFD多孔介質(zhì)模型與CFD-DEM的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比驗(yàn)證．2．1多孔介質(zhì)構(gòu)造本文采用三維圓柱作為多孔介質(zhì)流動(dòng)區(qū)域．首先用DEM對該圓柱內(nèi)部進(jìn)行小球隨機(jī)堆疊，得到多孔介質(zhì)區(qū)域．該算例的參數(shù)如表1所示．由于DEM模擬了重力作用，因此小球在圓1096任石磊韓飛鵬謝斌黃波郝鵬飛

被用于生成Delaunay網(wǎng)格單元，二者互為對偶關(guān)系，如圖3所示．但是本文并不采用Delaunay網(wǎng)格單元，而是采用Voronoi單元作為流體網(wǎng)格單元．每個(gè)固體顆粒都位于一個(gè)Voronoi單元內(nèi)部，每個(gè)多面體網(wǎng)格單元最多包含一個(gè)固體顆粒．由于Voronoi單元不與固體顆粒相交，因此很容易精確計(jì)算單元內(nèi)的孔隙率．這種方法，可以很好地保證流固耦合的計(jì)算精度和計(jì)算效率．唯一的技術(shù)難題在于如何將三維隨機(jī)堆積的小球進(jìn)行Voronoi多面體單元?jiǎng)澐�，本文�?yīng)用開源軟件Voro++實(shí)現(xiàn)這一目的．圖2一個(gè)Voronoi單元Fig．2AVoronoicell圖3Voronoi單元和Delaunay單元互為對偶關(guān)系Fig．3ThedualrelationshipbetweenVoronoiandDelaunaydiagrams2三維數(shù)值模擬本文采用小球堆積模型作為多孔介質(zhì)流動(dòng)的研究對象．首先應(yīng)用DEM，在計(jì)算區(qū)域內(nèi)，用小球進(jìn)行隨機(jī)堆疊形成多孔介質(zhì)，然后應(yīng)用CFD-DEM進(jìn)行細(xì)觀流場計(jì)算，通過對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，，獲得多孔介質(zhì)的慣性阻力系數(shù)和黏性阻力系數(shù)，然后將這些阻力系數(shù)應(yīng)用于CFD多孔介質(zhì)模型，最后再將CFD多孔介質(zhì)模型與CFD-DEM的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比驗(yàn)證．2．1多孔介質(zhì)構(gòu)造本文采用三維圓柱作為多孔介質(zhì)流動(dòng)區(qū)域．首先用DEM對該圓柱內(nèi)部進(jìn)行小球隨機(jī)堆疊，得到多孔介質(zhì)區(qū)域．該算例的參數(shù)如表1所示．由于DEM模擬了重力作用，因此小球在圓1096任石磊韓飛鵬謝斌黃波郝鵬飛

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