气固两相流介尺度LBM-DEM模型

来源：计算力学学报杂志2015年第5期北京时间：

作者：王利民,邱小平,李静海

单位：中国科学院 过程工程研究所 多相复杂系统国家重点实验室, 北京 100190,中国科学院 过程工程研究所 多相复杂系统国家重点实验室, 北京 100190,中国科学院大学, 北京 100049,中国科学院 过程工程研究所 多相复杂系统国家重点实验室, 北京 100190

摘要：LBM-DEM耦合方法通常是指一种颗粒流体系统直接数值模拟算法,即是一种不引入经验曳力模型的计算方法,颗粒尺寸通常比计算网格的长度大一个量级,颗粒的受力通过表面的粘性力与压力积分获得,其优点是能描述每个颗粒周围的详细流场,产生详细的颗粒-流体相互作用的动力学信息,可以探索颗粒流体界面的流动、传递和反应的详细信息及两相相互作用的本构关系,但其缺点是计算量巨大,无法应用于真实流化床过程模拟。本文针对气固流化床中的流体以及固体颗粒间的多相流体力学行为,建立了一种稠密气固两相流的介尺度LBM-DEM模型,即LBM-DEM耦合的离散颗粒模型,实现在颗粒尺度上流化床的快速离散模拟。该耦合模型采用格子玻尔兹曼方法(LBM)描述气相的流动和传递行为,离散单元法(DEM)用于描述颗粒相的运动,并利用能量最小多尺度(EMMS)曳力解决气固耦合不成熟问题,以提高其模拟精度。通过经典快速流态化的模拟,验证了介尺度LBM-DEM耦合模型的有效性。模拟结果表明介尺度LBM-DEM模型是一种探索实验室规模气固系统的有力手段。

关键词：介尺度,离散颗粒模型,格子玻尔兹曼方法,离散单元法,EMMS曳力,

基金资助：国家自然科学基金(91434113,21106155);国家重点基础研究发展计划(2015CB251402);中国科学院战略先导科技专项(XDA07080303)资助项目.