硬球加强模型在CFD-DEM耦合计算中的验证与分析

来源：计算力学学报杂志2023年第2期北京时间：

作者：王明,刘巨保,王雪飞,孙丹丹,岳欠杯

单位：东北石油大学 机械科学与工程学院, 大庆 163318,东北石油大学 机械科学与工程学院, 大庆 163318,东北石油大学 机械科学与工程学院, 大庆 163318,大庆油田有限责任公司第八采油厂第一油矿采油109队, 大庆 163514,东北石油大学 机械科学与工程学院, 大庆 163318

摘要：针对CFD-DEM耦合计算中,颗粒计算时间步的选取影响颗粒碰撞计算精度和效率的问题。本文引入插值算法,将动量定理求解颗粒碰撞前后速度进行加权平均;根据弹性理论计算得到颗粒碰撞力,进行动力学方程求解;通过速度收敛准则修正初值速度并自动调整迭代求解次数,提出一种计算精度不受计算时间步长影响,无需对碰撞过程进行精细描述的高效率和高精度的加强硬球模型。对两个颗粒匀和变速碰撞算例进行数值模拟,碰撞后速度、碰撞力和碰撞时间与理论计算误差小于4%,与采用软球碰撞模型的DEM方法相比,颗粒碰撞计算精度不受计算时间步长影响,计算效率提高36.3%和36.8%。对单个颗粒在静水中沉降进行数值模拟,计算步长取10 s~5 s,颗粒与壁面即可得到精确解,计算效率提高33.5%。通过压力损失实验验证了该模型能够准确计算颗粒体积分数小于12%条件下两相流的压力损失。

关键词：CFD-DEM,碰撞模型,两相流,耦合计算方法,

基金资助：国家自然科学基金(11972114;51904075)资助项目.