工业流化床流动特性离散模拟:CFD-DEM-IBM方法
结题报告
批准号:
21978295
项目类别:
面上项目
资助金额:
65.0 万元
负责人:
王军武
学科分类:
传递过程
结题年份:
2023
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
王军武
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中文摘要
工业气固流化床的快速准确模拟是化学工程学科的挑战之一。大量研究表明CFD-DEM方法是研究气固两相流的有效手段之一,但是其在工业规模流化床的模拟应用还鲜有报导。这主要是因为:(1)工业流化床内固体颗粒数目巨大导致计算量非常巨大;(2)采用非结构化网格导致计算效率和精度低、收敛性差。申请人所在的EMMS团队已经通过发展粗粒化CFD-DEM模型和基于GPU的大规模并行计算基本上解决了第一个关键问题,本申请聚焦解决第二个关键问题。.本申请完全抛弃使用非结构化贴体网格的基本思想,在结构化笛卡尔网格(Cartisian grid)下采用浸没边界法(IBM)处理复杂边界问题,并提出一种通过壁面流场重构且无需内迭代的CFD-DEM-IBM算法。新算法在计算效率上比OpenFOAM平台现有算法提高两个数量级,从而突破CFD-DEM方法从基础研究到工业应用的瓶颈,实现工业流化床的快速准确模拟。
英文摘要
Accurate and efficient simulation of industrial-scale gas-solid fluidized beds is one of the challenges of chemical engineering field. Extensive research has concluded that CFD-DEM method is an effective method to explore the hydrodynamics of gas-solid flow, however, its industrial application has seldom reported. This is mainly because: (1) the difficulty in tracking the massive numbers of solid particles inside industrial scale fluidized beds, and (2) the use of unstructured computational grid to fit the complex geometry of fluidized beds results in low computational efficiency and accuracy, even causes convergence problem constantly. The EMMS group at IPE, CAS has largely solved the first challenge via developing coarse-grained CFD-DEM method and GPU-based high performance computing. The proposal focus on solving the second challenge. .We use immersed boundary method with Cartesian grid to meet the challenge of complex geometry of industrial fluidized beds and propose a new CFD-DEM-IBM algorithm without the need of iteration at the implementation of wall boundary condition. With the newly developed CFD-DEM-IBM method, it was able to speed up the computational efficiency by two orders of magnitude as compared to the method available in OpenFOAM, thus achieving the accurate and efficient simulation of the hydrodynamics of gas-solid flow in industrial fluidized beds.
期刊论文列表
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DOI:10.1063/5.0023423
发表时间:2020-10
期刊:Physics of Fluids
影响因子:4.6
作者:Pengjun Zhao;Ji Xu;Xingchi Liu;W. Ge;Junwu Wang
通讯作者:Pengjun Zhao;Ji Xu;Xingchi Liu;W. Ge;Junwu Wang
DOI:--
发表时间:2022
期刊:Physics of Fluids
影响因子:--
作者:Mingming He;Bidan Zhao;Ji Xu;Lingkai Kong;Junwu Wang
通讯作者:Junwu Wang
DOI:--
发表时间:2021
期刊:Physics of Fluids
影响因子:--
作者:Bidan Zhao;Junwu Wang
通讯作者:Junwu Wang
DOI:10.1016/j.ces.2019.115428
发表时间:2020-04
期刊:Chemical Engineering Science
影响因子:4.7
作者:Junwu Wang
通讯作者:Junwu Wang
DOI:10.1016/j.powtec.2022.117199
发表时间:2022-02
期刊:Powder Technology
影响因子:5.2
作者:Peng Zhao;Ji Xu;Qingming Chang;W. Ge;Junwu Wang
通讯作者:Peng Zhao;Ji Xu;Qingming Chang;W. Ge;Junwu Wang
高精度多相复杂系统模型开发及其在塑料循环利用系统优化中的应用
  • 批准号:
    22311530057
  • 项目类别:
    国际(地区)合作研究与交流项目
  • 资助金额:
    10.00万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    王军武
  • 依托单位:
宽粒径分布气固两相流的粗网格模拟:介尺度相间曳力模型
结构双流体模型
国内基金
海外基金