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Research on the Ice Resistance and Propulsion Performance of Polar Ships via the CFD-DEM Coupling Method
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作者 ZHENG Si-jie SONG Bo-yang +5 位作者 ZHOU Li HUANG Qiao-gao XIE Chang LI Han HE Guang-wei LING Hong-jie 《China Ocean Engineering》 2025年第2期232-243,共12页
Polar marine equipment plays an important role in Arctic engineering,especially in the development of polar ships and ice-class propellers.When polar ships navigate in brash ice channels,the brash ice not only increas... Polar marine equipment plays an important role in Arctic engineering,especially in the development of polar ships and ice-class propellers.When polar ships navigate in brash ice channels,the brash ice not only increases resistance but also has adverse effects on their propulsion performance.On the basis of coupled computational fluid dynamics(CFD)and the discrete element method(DEM),this paper aims to numerically investigate the resistance and propulsion performance of a polar in a brash ice channel while considering the rotation status of the propeller by both experimental and numerical methods.Both ship resistance and ice motion under Froude numbers of 0.0557,0.0696,0.0836,0.975,and 0.1114 are studied when the propeller does not rotate.The influences of the rotating propeller on the ice brash resistance and flow are discussed.The thrust due to the propeller and ice resistance in the equilibrium state are also predicted.The errors between the thrust and total resistance are approximately 1.0%,and the maximum error between the simulated and predicted total resistance is 3.7%,which validates the CFD-DEM coupling method quite well.This work could provide a theoretical basis for the initial design of polar ships with low ice class notation and assist in planning navigation for merchant polar ships in brash ice fields. 展开更多
关键词 polar ships propeller cfd-dem ice resistance propulsion performance
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A New Inversion-free Iterative Method for Solving the Nonlinear Matrix Equation and Its Application in Optimal Control
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作者 GAO Xiangyu XIE Weiwei ZHANG Lina 《应用数学》 北大核心 2026年第1期143-150,共8页
In this paper,we consider the maximal positive definite solution of the nonlinear matrix equation.By using the idea of Algorithm 2.1 in ZHANG(2013),a new inversion-free method with a stepsize parameter is proposed to ... In this paper,we consider the maximal positive definite solution of the nonlinear matrix equation.By using the idea of Algorithm 2.1 in ZHANG(2013),a new inversion-free method with a stepsize parameter is proposed to obtain the maximal positive definite solution of nonlinear matrix equation X+A^(*)X|^(-α)A=Q with the case 0<α≤1.Based on this method,a new iterative algorithm is developed,and its convergence proof is given.Finally,two numerical examples are provided to show the effectiveness of the proposed method. 展开更多
关键词 Nonlinear matrix equation Maximal positive definite solution Inversion-free iterative method Optimal control
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Numerical Simulation of the Welding Deformation of Marine Thin Plates Based on a Temperature Gradient-thermal Strain Method
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作者 Lin Wang Yugang Miao +3 位作者 Zhenjian Zhuo Chunxiang Lin Benshun Zhang Duanfeng Han 《哈尔滨工程大学学报(英文版)》 2026年第1期122-135,共14页
Marine thin plates are susceptible to welding deformation owing to their low structural stiffness.Therefore,the efficient and accurate prediction of welding deformation is essential for improving welding quality.The t... Marine thin plates are susceptible to welding deformation owing to their low structural stiffness.Therefore,the efficient and accurate prediction of welding deformation is essential for improving welding quality.The traditional thermal elastic-plastic finite element method(TEP-FEM)can accurately predict welding deformation.However,its efficiency is low because of the complex nonlinear transient computation,making it difficult to meet the needs of rapid engineering evaluation.To address this challenge,this study proposes an efficient prediction method for welding deformation in marine thin plate butt welds.This method is based on the coupled temperature gradient-thermal strain method(TG-TSM)that integrates inherent strain theory with a shell element finite element model.The proposed method first extracts the distribution pattern and characteristic value of welding-induced inherent strain through TEP-FEM analysis.This strain is then converted into the equivalent thermal load applied to the shell element model for rapid computation.The proposed method-particularly,the gradual temperature gradient-thermal strain method(GTG-TSM)-achieved improved computational efficiency and consistent precision.Furthermore,the proposed method required much less computation time than the traditional TEP-FEM.Thus,this study lays the foundation for future prediction of welding deformation in more complex marine thin plates. 展开更多
关键词 Marine thin plate Welding deformation Numerical simulation Temperature gradient-thermal strain method Shell element
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基于CFD-DEM的斜面平台对下降管内混合颗粒流动的影响 被引量:1
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作者 孙雪峰 张德俐 +5 位作者 刘浩 高豪磊 马瑞 王芳 金德禄 易维明 《农业工程学报》 北大核心 2025年第5期240-249,共10页
为改善生物质热解过程中混合颗粒在下降管热解反应器内部流动时生物质颗粒扰动较小、混合不充分的问题,该研究探讨了管内斜面平台对陶瓷球和生物质颗粒流动的影响。以斜面平台的位置、倾斜角度和高度为试验因素,以生物质颗粒管内离散度... 为改善生物质热解过程中混合颗粒在下降管热解反应器内部流动时生物质颗粒扰动较小、混合不充分的问题,该研究探讨了管内斜面平台对陶瓷球和生物质颗粒流动的影响。以斜面平台的位置、倾斜角度和高度为试验因素,以生物质颗粒管内离散度为评判标准,通过计算流体力学与离散元法(computational fluid dynamics-discrete element method,CFD-DEM)耦合仿真对混合颗粒流动过程进行模拟,并利用粒子图像测速技术进行了验证。结果表明,斜面平台高度对生物质颗粒离散度影响最大,其次为位置和角度,最佳工作参数为斜面平台底部距下降管拐角处245 mm,高度为27 mm,角度为149°,相较于无斜面平台工况,生物质颗粒离散度提高了50.24%,进而提升了混合颗粒的混合程度。斜面平台的引入使得下降管内生物质颗粒和陶瓷球的轴向平均速度分别降低了14.38%和11.43%,平均停留时间分别升高了20.00%和5.75%,改变了无斜面平台时混合颗粒的向心流动特性,表现为抛物线形流动特性,打破了上疏下密的分布状态,使混合颗粒偏析降低,混合更为均匀。该研究结果能够为下降管式生物质热解反应器的设计与优化提供一定支持,有利于生物质快速热解技术的发展。 展开更多
关键词 生物质 下降管 计算机仿真 cfd-dem 气固两相流
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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 被引量:1
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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》 北大核心 2025年第7期180-189,199,共11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CFD-DEM的管道混凝土非稳态泵送特性研究
6
作者 智晋宁 魏亚博 +2 位作者 赵玲瑛 蒲德昌 杨书轩 《机电工程》 北大核心 2025年第11期2245-2254,共10页
针对混凝土在泵送过程中受吸入气体的影响由定常流动转变为非稳态流动,严重影响了泵车臂架稳定性这一问题,对泵车管道内混凝土非稳态流动特性进行了研究。首先,根据C40混凝土的主要材料属性,建立了泵车管道内流体区域的几何模型,并对模... 针对混凝土在泵送过程中受吸入气体的影响由定常流动转变为非稳态流动,严重影响了泵车臂架稳定性这一问题,对泵车管道内混凝土非稳态流动特性进行了研究。首先,根据C40混凝土的主要材料属性,建立了泵车管道内流体区域的几何模型,并对模型进行了网格划分;然后,建立了流体流动的数学模型,引入了气相和液相控制方程、固体颗粒运动方程和层流模型,设置了边界条件和介质属性,并基于计算流体动力学与离散单元法(CFD-DEM)耦合算法进行了数值计算;最后,采用了实车实验,将数值模拟结果与实验结果进行了对比验证,并根据数值模拟比较了气体体积分数对直管和弯管中混凝土流动特性的影响。研究结果表明:进入气体体积分数越大,直管和弯管压力越小,直管激励力越小,弯管激励力不受影响;直管激励力波动在150 N以内,弯管激励力波动在100 N以内,当气体体积分数在30%左右时,臂架振动最小。该研究结果可为泵车混凝土非稳态泵送提供理论参考。 展开更多
关键词 混凝土泵送 多相流 气体体积分数 管道压力 管壁激励力 数值模拟 计算流体动力学与离散单元法
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基于CFD-DEM的气送式稻麦兼用型高速播种机种子减速器设计与试验
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作者 臧英 张美林 +3 位作者 黄子顺 姜有聪 钱诚 王在满 《农业机械学报》 北大核心 2025年第5期222-234,共13页
针对气送式稻麦兼用型高速播种机作业时种子输送速度快造成投种精度低、投种不稳定等问题,设计了一种基于旋风减速原理的种子减速器。采用CFD-DEM耦合仿真方法进行单因素试验,确定主要结构因素并选取适宜尺寸区间。为确定种子减速器结... 针对气送式稻麦兼用型高速播种机作业时种子输送速度快造成投种精度低、投种不稳定等问题,设计了一种基于旋风减速原理的种子减速器。采用CFD-DEM耦合仿真方法进行单因素试验,确定主要结构因素并选取适宜尺寸区间。为确定种子减速器结构参数,基于单因素试验结果开展了Box-Behnken正交组合仿真试验,结果表明:最佳结构尺寸为圆筒直径D为82.352 mm,圆筒长度H_(t)为101.364 mm,排气口直径D_(P)为25.0002 mm,锥筒长度H_(z)为67.9025 mm,此时籼稻种子出种口流速V_(1)和种子竖直速度V_(2)分别为5.212 m/s和0.462 m/s;粳稻种子出种口流速V_(1)和种子竖直速度V_(2)分别为5.339 m/s和0.473 m/s;小麦种子出种口流速V_(1)和种子竖直速度V_(2)分别为5.341 m/s和0.408 m/s。台架验证试验结果表明,在出种口处籼稻种子竖直速度为0.411 m/s,粳稻种子竖直速度为0.452 m/s,小麦种子竖直速度为0.457 m/s,与仿真试验结果较符合。条播性能台架试验结果表明,有种子减速器时排种成条效果明显优于无种子减速器情况,而且籼稻、粳稻和小麦排量均匀性变异系数分别由无种子减速器时41.61%、25%和37.84%依次降至9.10%、8.42%和8.49%,满足种子减速器性能要求。研究结果可为后续提高气送式稻麦兼用型播种机播种性能提供指导。 展开更多
关键词 高速播种机 稻麦兼用 种子减速器 cfd-dem
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基于CFD-DEM的压裂水平井暂堵剂运移与封堵有效性研究
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作者 朱炬辉 郑衣珍 +4 位作者 何乐 宋佳忆 龚蔚 黄义涛 隋微波 《石油科学通报》 2025年第3期511-526,共16页
暂堵剂被广泛用于水平井压裂过程中的裂缝暂堵与转向,对提高压裂改造效果具有重要作用。目前国内外关于暂堵剂运移规律的研究多局限于室内实验,对暂堵剂在井筒中的运移、在缝中封堵过程的宏观模拟研究还不充分。本文基于计算流体力学(C... 暂堵剂被广泛用于水平井压裂过程中的裂缝暂堵与转向,对提高压裂改造效果具有重要作用。目前国内外关于暂堵剂运移规律的研究多局限于室内实验,对暂堵剂在井筒中的运移、在缝中封堵过程的宏观模拟研究还不充分。本文基于计算流体力学(CFD)与离散元(DEM)耦合的数值模拟方法,模拟了水平井压裂暂堵过程中暂堵剂颗粒井下运移与封堵过程。模拟时,将暂堵剂颗粒视作离散相,将压裂液视作连续相,对离散相与连续相单独建立数学模型,同时耦合离散相与连续相之间的相互作用,从而实现暂堵剂—压裂液多相体系的流固耦合。针对暂堵剂从井口到封堵井段的运移过程,建立了井筒模型、井筒—炮眼—单一裂缝和井筒—炮眼—多条裂缝模型。揭示了暂堵剂浓度、暂堵剂粒径、压裂液黏度和泵注排量对暂堵剂运移完整性的影响规律,探究了不同裂缝形态下工艺参数与施工参数对暂堵剂封堵效果的影响。研究表明,暂堵剂体系颗粒浓度、压裂液黏度与泵注排量是影响暂堵剂体系运移完整性的重要因素,暂堵剂粒径与浓度是决定暂堵剂体系能否有效封堵裂缝的关键因素。暂堵剂粒径大于20目时,暂堵剂质量浓度的改变只会影响缝内封堵段长度,而不会影响缝内暂堵有效性;当裂缝末端缝宽达到4 mm时,选用20~70目粒径的暂堵剂难以在缝高方向完全封堵裂缝。本研究为水平井暂堵压裂施工过程中工艺参数与施工参数的选取提供了理论依据。 展开更多
关键词 缝内暂堵 暂堵剂运移 暂堵机理 水平井 cfd-dem
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基于CFD-DEM耦合模型的弯管起旋装置优化及减磨效果研究 被引量:1
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作者 宋海豪 徐雪萌 +3 位作者 尚坤 张汉山 李炳贤 贾会梅 《包装工程》 北大核心 2025年第13期186-196,共11页
目的通过优化气力输送系统中弯管的结构,从而降低弯管磨损的问题。方法在弯管磨损中心切向处添加起旋装置,将弯管中的轴流输送转变为旋流输送。主管道轴线与起旋装置的中心轴线夹角为55°,保持弯管的气速为20 m/s,通过CFD-DEM,对比... 目的通过优化气力输送系统中弯管的结构,从而降低弯管磨损的问题。方法在弯管磨损中心切向处添加起旋装置,将弯管中的轴流输送转变为旋流输送。主管道轴线与起旋装置的中心轴线夹角为55°,保持弯管的气速为20 m/s,通过CFD-DEM,对比小麦颗粒在起旋装置气速分别为20、30、40 m/s时的流场特性。结果基于CFD-DEM对弯管内部颗粒进行运动仿真,分别对比了2种装置的静压、迹线图、旋流强度、颗粒分布图等指标,发现导流叶片式的静压将与旋流强度均大于旋流管道式,螺旋效果更优。通过建立实验平台进行实验验证,实验结果与仿真结果相吻合。结论导流叶片式更适合弯管输送,起旋效果明显,颗粒在弯管内分布均匀,整体呈螺旋前进,可以更有效地减少弯管与颗粒之间的磨损。 展开更多
关键词 粮食颗粒 旋流输送 弯管磨损 cfd-dem
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基于CFD-DEM方法的安全壳碎片迁移流固耦合数值模拟研究
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作者 张丰弢 章静 +3 位作者 巫英伟 贺亚男 田文喜 秋穗正 《原子能科学技术》 北大核心 2025年第6期1284-1293,共10页
当核电厂发生冷却剂丧失事故(LOCA)时,破口介质的喷射过程会导致大量碎片迅速进入安全壳内部,这不仅显著增大滤网处的压降,还可能阻碍安全系统中冷却水的正常循环过程,进而影响事故后反应堆的安全运行。本文基于典型碎片迁移试验台架,... 当核电厂发生冷却剂丧失事故(LOCA)时,破口介质的喷射过程会导致大量碎片迅速进入安全壳内部,这不仅显著增大滤网处的压降,还可能阻碍安全系统中冷却水的正常循环过程,进而影响事故后反应堆的安全运行。本文基于典型碎片迁移试验台架,结合计算流体力学(CFD)与离散单元法(DEM)建立了碎片迁移分析模型,并在验证数值模型准确性的基础上,重点研究了流速变化及碎片堆积对迁移过程的影响,分析了不同流速下碎片的迁移行为及堆积特性。结果表明,入口流速及碎片堆积形态对碎片的迁移行为和迁移份额具有显著影响,低流速下,碎片因回流效应和结构件阻隔,在流道前端堆积形成静止区;而高流速下,碎片迁移距离增大,堆积发生在结构件前的低速回流区,流道边缘的回流效应使碎片向边缘迁移。碎片堆积对流道流场与压力场的影响较为局部,主要表现为碎片堆处流速减缓和迎流面局部正压区引起的压降增大。研究成果为核电厂内部碎片迁移过程的优化设计与安全评估提供了理论依据与技术支持。 展开更多
关键词 碎片迁移 流场分析 cfd-dem 堆积特性 数值模拟
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基于高解析度CFD-DEM流固耦合算法的滑坡涌浪数值计算模型
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作者 赵兰浩 李荣臻 +1 位作者 毛佳 肖景文 《华北水利水电大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第6期92-100,共9页
【目的】库岸滑坡涌浪严重威胁库区安全,现有经验公式及传统数值模型难以准确刻画涌浪产生过程中的流体-固体耦合效应。旨在建立一种基于高解析度CFD-DEM流固耦合算法的数值模型,以精确模拟滑坡涌浪全过程。【方法】采用基于欧拉框架的... 【目的】库岸滑坡涌浪严重威胁库区安全,现有经验公式及传统数值模型难以准确刻画涌浪产生过程中的流体-固体耦合效应。旨在建立一种基于高解析度CFD-DEM流固耦合算法的数值模型,以精确模拟滑坡涌浪全过程。【方法】采用基于欧拉框架的计算流体动力学(CFD)模拟流体运动,基于拉格朗日框架的离散元法(DEM)描述滑坡体运动,通过浸入边界法(IBM)处理移动边界与强流固耦合作用,并利用守恒式Level Set方法(CLS)追踪自由界面演变。通过交错迭代实现流体与固体间的高解析度耦合求解。【结果】(1)双颗粒沉降算例验证表明,模型能精确捕捉颗粒尾流效应及“牵引-接触-翻滚”现象,计算结果与文献结果高度吻合。(2)可变形水下滑坡涌浪模拟显示,模型可准确反映稠密块体与流体的相互作用,自由面演化规律与试验数据一致。(3)在Lituya湾实际案例中,模型成功复现了涌浪产生、传播及爬高过程,最大浪高计算值(146 m)与实测值(150 m)误差仅为2.7%。【结论】所提出的高解析度CFD-DEM耦合模型能有效模拟滑坡涌浪中的复杂流固耦合行为,显著优于依赖经验公式的非解析方法,为库区滑坡涌浪灾害风险评估提供了可靠的数值工具。 展开更多
关键词 滑坡涌浪 浸入边界法 计算流体力学 离散元法 守恒式Level Set方法
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Study of the Transport Behavior of Multispherical Proppant in Intersecting Fracture Based on Discrete Element Method 被引量:1
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作者 Chengyong Peng JianshuWu +2 位作者 Mao Jiang Biao Yin Yishan Lou 《Energy Engineering》 EI 2025年第1期185-201,共17页
To analyze the differences in the transport and distribution of different types of proppants and to address issues such as the short effective support of proppant and poor placement in hydraulically intersecting fract... To analyze the differences in the transport and distribution of different types of proppants and to address issues such as the short effective support of proppant and poor placement in hydraulically intersecting fractures,this study considered the combined impact of geological-engineering factors on conductivity.Using reservoir production parameters and the discrete elementmethod,multispherical proppants were constructed.Additionally,a 3D fracture model,based on the specified conditions of the L block,employed coupled(Computational Fluid Dynamics)CFD-DEM(Discrete ElementMethod)for joint simulations to quantitatively analyze the transport and placement patterns of multispherical proppants in intersecting fractures.Results indicate that turbulent kinetic energy is an intrinsic factor affecting proppant transport.Moreover,the efficiency of placement and migration distance of low-sphericity quartz sand constructed by the DEM in the main fracture are significantly reduced compared to spherical ceramic proppants,with a 27.7%decrease in the volume fraction of the fracture surface,subsequently affecting the placement concentration and damaging fracture conductivity.Compared to small-angle fractures,controlling artificial and natural fractures to expand at angles of 45°to 60°increases the effective support length by approximately 20.6%.During hydraulic fracturing of gas wells,ensuring the fracture support area and post-closure conductivity can be achieved by controlling the sphericity of proppants and adjusting the perforation direction to control the direction of artificial fractures. 展开更多
关键词 Hydraulic fracturing discrete element method PROPPANT SPHERICITY cfd-dem
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基于CFD-DEM方法的煤气化渣气流分级提炭模拟研究
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作者 李向阳 张乾 +2 位作者 李乐 白慧 黄伟 《太原理工大学学报》 北大核心 2025年第1期34-43,共10页
【目的】煤气化渣提炭分质是实现其减量化、无害化、资源化利用的重要手段,气流分级法因其能够高效处理细粒级物料且无废水、废气排放而具有独特优势。【方法】基于CFD-DEM模拟,研究卧式涡轮气流分级机内气固流动状况,探明进气方向和涡... 【目的】煤气化渣提炭分质是实现其减量化、无害化、资源化利用的重要手段,气流分级法因其能够高效处理细粒级物料且无废水、废气排放而具有独特优势。【方法】基于CFD-DEM模拟,研究卧式涡轮气流分级机内气固流动状况,探明进气方向和涡轮转向的匹配关系,明确炭颗粒和灰颗粒的流动机制。优化涡轮气流分级机中进气口方向,预测入口气速和涡轮转速对气化细渣气流分级提炭效率的影响。【结果】结果表明:涡轮气流分级机的进气方向对流场分布和气化细渣提炭效率有显著影响。切向进气口易导致在分级区和淘洗区产生相互干扰的次级漩涡,影响气化渣炭和灰颗粒分离效率。优化切向进气为垂直向上后,避免了淘洗区和分级区相互干扰,消除了涡轮和叶片之间次级漩涡,改善并稳定了分级区内的流场,提高了气化细渣提炭效率。在优化后的涡轮气流分级机中,通过匹配入口气速与涡轮转速,富炭渣产品中的炭含量可达80.95%,炭回收率可达59.83%。 展开更多
关键词 煤气化渣 气流分级机 cfd-dem 流场特性 颗粒运动特征
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基于CFD-DEM的循环阀清洁器携屑特性研究
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作者 胡伟 关宁 +3 位作者 张燕萍 徐丙贵 张金亚 朱宏武 《石油机械》 北大核心 2025年第7期42-49,共8页
在钻井过程中,低效的钻屑输运会导致环空岩屑体积分数升高、等效循环密度(ECD)增大,从而引起工具磨损和井漏等问题。为此,开发了一种新型的井眼环空循环阀清洁器。基于H-B非牛顿流体模型,采用耦合的CFD-DEM计算方法,建立了多级井眼环空... 在钻井过程中,低效的钻屑输运会导致环空岩屑体积分数升高、等效循环密度(ECD)增大,从而引起工具磨损和井漏等问题。为此,开发了一种新型的井眼环空循环阀清洁器。基于H-B非牛顿流体模型,采用耦合的CFD-DEM计算方法,建立了多级井眼环空中循环阀清洁器的携屑特性数值计算模型。分析了循环阀清洁器水眼数量、水眼直径、水眼角度以及钻杆转速对携屑性能的影响。研究结果表明:增大水眼直径和数量,提高钻杆转速,均会导致环空岩屑体积分数升高,岩屑输运效率显著降低;当水眼数量为3、直径为10 mm时,携屑效果最佳;随着水眼角度增大,岩屑输运效率先增加后减小;在水眼角度为30°时,岩屑输运效率最高;在垂直井眼中,循环阀清洁器的旋转会产生旋流效应,容易引起岩屑的螺旋运移,从而延长岩屑在井眼中的停留时间,导致岩屑输运效率显著下降;转速越大,旋流作用越强,岩屑输运效果越差。在上述最优参数下,使用该清洁器后,环空井眼流量提升了近58%,整体岩屑输运效率提升了近10%。研究结论对提高环空岩屑输运效率,确保高效、安全的油气开发具有重要意义。 展开更多
关键词 多级井眼 循环阀清洁器 岩屑输运效率 cfd-dem 水眼 钻杆转速
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A CFD-DEM-Wear Coupling Method for Stone Chip Resistance of Automotive Coatings with a Rigid Connection ParticleMethod for Non-Spherical Particles
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作者 Jiacheng Qian Chenqi Zou +2 位作者 Mengyan Zang Shunhua Chen Makoto Tsubokura 《Computer Modeling in Engineering & Sciences》 SCIE EI 2022年第11期251-280,共30页
The stone chip resistance performance of automotive coatings has attracted increasing attention in academic and industrial communities.Even though traditional gravelometer tests can be used to evaluate stone chip resi... The stone chip resistance performance of automotive coatings has attracted increasing attention in academic and industrial communities.Even though traditional gravelometer tests can be used to evaluate stone chip resistance of automotive coatings,such experiment-based methods suffer from poor repeatability and high cost.The main purpose of this work is to develop a CFD-DEM-wear coupling method to accurately and efficiently simulate stone chipbehaviorof automotive coatings inagravelometer test.Toachieve this end,an approach coupling an unresolved computational fluid dynamics(CFD)method and a discrete element method(DEM)are employed to account for interactions between fluids and large particles.In order to accurately describe large particles,a rigid connection particle method is proposed.In doing so,each actual non-spherical particle can be approximately described by rigidly connecting a group of non-overlapping spheres,and particle-fluid interactions are simulated based on each component sphere.An erosion wear model is used to calculate the impact damage of coatings based on particlecoating interactions.Single spherical particle tests are performed to demonstrate the feasibility of the proposed rigid connection particle method under various air pressure conditions.Then,the developed CFD-DEM-wear model is applied to reproduce the stone chip behavior of two standard tests,i.e.,DIN 55996-1 and SAE-J400-2002 tests.Numerical results are found to be in good agreement with experimental data,which demonstrates the capacity of our developed method in stone chip resistance evaluation.Finally,parametric studies are conducted to numerically investigate the influences of initial velocity and test panel orientation on impact damage of automotive coatings. 展开更多
关键词 Automotive coating stone chip resistance gravelometer non-spherical particle composite particle cfd-dem
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基于CFD-DEM的小尺度气固流化床中小麦颗粒的传热传质模拟研究
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作者 刘俊杰 李鑫 +1 位作者 刘博 杨开敏 《河南工业大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第4期104-113,共10页
流化床因其均匀高效的特性被广泛应用于农产品干燥领域,深入研究干燥过程中的物理现象至关重要。基于CFD-DEM建立了流化床气固两相流的传热传质模型,对比分析了单球颗粒(1S)、三球颗粒(3S)、五球颗粒(5S)和七球颗粒(7S)等不同拟合模型... 流化床因其均匀高效的特性被广泛应用于农产品干燥领域,深入研究干燥过程中的物理现象至关重要。基于CFD-DEM建立了流化床气固两相流的传热传质模型,对比分析了单球颗粒(1S)、三球颗粒(3S)、五球颗粒(5S)和七球颗粒(7S)等不同拟合模型下小麦颗粒的扩散特性和传热传质规律,揭示了空气参数的影响机制。研究表明:流化床干燥过程中,干燥不均匀性随时间延长加热速率则逐渐降低;底部区域颗粒的热通量较高,表明气相和固相之间高效的热传导是导致干燥不均匀的主要原因;不同拟合模型的固体分散系数变化范围为1.41×10^(-3)~1.64×10^(-1)m^(2)/s,其中,1S的传热和传质速率最快,5S和7S模型的物理场在空间和时间分布上极为相似,温度和含水率频率分布曲线近似重叠,说明5S模型已能准确模拟小麦的传热和传质行为;空气温度是调控传热传质速率的关键因素,而提高空气流速可有效改善干燥的不均匀性。该研究为流化床干燥工艺优化提供了理论依据,对工程实践具有重要指导意义。 展开更多
关键词 流化床 cfd-dem 小麦 传热传质 干燥
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基于CFD-DEM耦合的泥水平衡盾构排浆管卵石滞排研究 被引量:1
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作者 童里 李达 +2 位作者 李树忱 彭科峰 陈祎 《山东大学学报(工学版)》 北大核心 2025年第2期114-124,共11页
针对泥水盾构的弯曲管路进行三维建模,利用CFD-DEM耦合进行数值模拟,揭示泥浆携带卵石的运移规律,分析卵石沉积滞排的原因,探究卵石沉积对管道内流场的影响,为现场施工解决滞排问题提供优化指导。结果表明:滞排问题是由于低流速的泥浆... 针对泥水盾构的弯曲管路进行三维建模,利用CFD-DEM耦合进行数值模拟,揭示泥浆携带卵石的运移规律,分析卵石沉积滞排的原因,探究卵石沉积对管道内流场的影响,为现场施工解决滞排问题提供优化指导。结果表明:滞排问题是由于低流速的泥浆提供的拖曳力太低,大量颗粒在管道弯曲处发生了沉积。管道内颗粒进入速度和排出速度将会达到动态平衡,管道弯曲度数越大,颗粒生成速度和排出速度达到动态平衡的临界点越晚,说明颗粒滞排越严重,滞排颗粒数量就越多。颗粒沉积导致有效过流面积变小,泥浆流速发生了明显分层,流场的分层更加不利于底部沉积颗粒的运移,加剧滞排问题。泥浆黏度越大,颗粒和泥浆发生剪切流动时的拖曳力越大,颗粒的平均运移速度越大。泥浆密度对颗粒的水平运移影响不大,但颗粒向上运输时,密度大的泥浆能够提供更高的浮力,有利于防治颗粒的滞排。 展开更多
关键词 泥水盾构 滞排 cfd-dem 卵石运移
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基于CFD-DEM的水基体系水合物流动聚集与沉积过程模拟研究
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作者 史博会 刘光硕 +6 位作者 郭恩岐 史潇航 刘浩田 吴海浩 李晓平 宋尚飞 宫敬 《化工学报》 北大核心 2025年第11期5554-5573,共20页
在深海油气与“可燃冰”开发中,水合物浆液体系中的颗粒沉积与聚集体堵塞是流动保障的核心难题。基于CFD-DEM方法应用Fluent-EDEM软件耦合,针对水基体系水合物浆液的流动聚集与沉积过程开展数值模拟,研究不同浆液流速及体积分数的水合... 在深海油气与“可燃冰”开发中,水合物浆液体系中的颗粒沉积与聚集体堵塞是流动保障的核心难题。基于CFD-DEM方法应用Fluent-EDEM软件耦合,针对水基体系水合物浆液的流动聚集与沉积过程开展数值模拟,研究不同浆液流速及体积分数的水合物颗粒流动聚集与沉积过程,比较并分析了有无颗粒条件下管道内压力变化情况。模拟结果表明,0.5 m/s时颗粒在管道内壁会形成静止沉积层,且轴向与径向聚集显著;当流速增大到1.5 m/s时,随着剪切力增强,聚集体会破碎,水合物颗粒以单颗粒或小聚集体均匀分散;当水合物体积分数从5%增至15%时,颗粒聚集程度会加剧,压降呈非线性递增,弯管中段会因沉积层发育形成压降峰值。基于模拟结果,提出弯管结构对水合物沉积的影响机理,即在低流速情况下,流体与颗粒之间相互耦合,在流场突变处的水合物聚集体发生破碎后,部分将附着在管壁沉积层上,形成黏附、破碎与再沉积的耦合堵塞机制。 展开更多
关键词 多相流 水合物 聚集 cfd-dem 沉积物
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基于CFD-DEM的种子联合收获机气流清种仿真分析
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作者 夏圣博 李耀明 +2 位作者 姬魁洲 杜拓 王法政 《农机化研究》 北大核心 2025年第4期1-8,共8页
针对现有种子联合收获机在收获后籽粒输运搅龙、杂余搅龙和卸粮搅龙处会残留种子的问题,在上述部位添加了清种气流,并分析在这些机构内使用气流清理残留种粒的可行性。从螺旋搅龙转速和清种入口气流速度这两个因素对清种效果的影响进行... 针对现有种子联合收获机在收获后籽粒输运搅龙、杂余搅龙和卸粮搅龙处会残留种子的问题,在上述部位添加了清种气流,并分析在这些机构内使用气流清理残留种粒的可行性。从螺旋搅龙转速和清种入口气流速度这两个因素对清种效果的影响进行研究,开展卸粮搅龙机构内气固两相流的数值仿真,并基于计算流体力学-离散单元法(CFD-DEM)进行耦合求解,获得了清种过程中气相与颗粒相的速度分布及运动轨迹。结果表明:螺旋搅龙的运动状态对清种气流的通过性有显著影响;当螺旋搅龙处在高转速状态时,清种气流衰减速度较快,此状态下难以有效地利用气流进行清种;气流速度对清种效果影响显著,余种数量和清种所用时间随气流速度升高而降低,但当气流速度过快时会使种子撞击在螺旋搅龙叶片上产生反流和飞溅现象,从而影响清种效果。仿真表明,最优清种气流速度为50 m/s。 展开更多
关键词 种子联合收获机 气流清种 仿真分析 cfd-dem 水稻种子
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基于CFD-DEM的三级配混凝土振动响应研究
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作者 陈雨杰 田正宏 何丽平 《混凝土》 北大核心 2025年第6期23-28,共6页
为研究在插入式振捣作用下三级配混凝土的动力响应,基于计算流体动力学(CFD)和离散元(DEM)的方法,构建了三级配混凝土在振捣作用下的细观模型,分析在振捣过程中骨料配位数、位移场、转动场、速度场、能量的变化规律,结论如下:振捣过程中... 为研究在插入式振捣作用下三级配混凝土的动力响应,基于计算流体动力学(CFD)和离散元(DEM)的方法,构建了三级配混凝土在振捣作用下的细观模型,分析在振捣过程中骨料配位数、位移场、转动场、速度场、能量的变化规律,结论如下:振捣过程中,骨料配位数呈现先减小后增大的趋势,振捣结束时的骨料配位数大于振捣之前的骨料配位数;骨料竖直向位移大于水平向位移,位移变化速度前者大于后者;骨料主要发生绕Z轴的转动,同时伴随着绕X轴、Y轴的转动,其转动大致呈现先增大后趋于稳定的趋势;骨料速度大小呈现先增大后减小的趋势,速度范围前期逐步增大,后趋于稳定;骨料的平动及转动动能均呈现先增大后减小最后稳定的趋势。上述结论可为深入研究三级配混凝土振捣密实理论提供参考。 展开更多
关键词 插入式振捣 三级配混凝土 cfd-dem 骨料配位数 密实性
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