基于接触力学的密集颗粒流粗粒化模拟方法及应用

项目名称： 基于接触力学的密集颗粒流粗粒化模拟方法及应用

项目编号： No.21206167

项目类型： 青年科学基金项目

立项/批准年度： 2013

项目学科： 化学工程及工业化学

项目作者： 周光正

作者单位： 中国科学院过程工程研究所

项目金额： 23万元

中文摘要： 基于接触力学的离散单元法（Discrete Element Method，DEM）是研究颗粒流机理的有效手段，而真实工业装置模拟所需的极大计算量，限制了该方法的直接应用。本项目拟针对工业料仓卸料、管道输送以及移动床等密集颗粒流，通过建立严格且具有一定普适性的本构关系式，分析颗粒流的粗粒化准则，同时开发粗粒化模型的高效大规模GPU（图像处理单元）并行计算方法，从而实现对工业料仓卸料过程的数值模拟。在利用直接模拟结果验证粗粒化模型的基础上，全面考察工业料仓内部流型变化、底部开口尺寸对卸料速度的影响以及空间力链分布等相关规律。本项目的开展，有望形成适合工业体系复杂颗粒流研究的科学的模型方法论，并预期为工业设备的优化设计提供理论指导。

中文关键词： 颗粒流；离散单元法；接触力学；GPU；流动相似性

英文摘要： The discrete element method (DEM) using contact mechanics is a powerful tool for the study of granular flows. However, industrial granular flows typically demand huge computational cost, which significantly restricts the direct application of DEM. To solve this challenging problem, a theoretically strict constitutive equation with certain generality would be proposed for the dense flows of the industrial hopper discharge, pipeline conveying, moving bed, and so on. Through the combination of coarse grained model based on the constitutive equation and efficient GPU (graphic processing unit) parallel computing technique, the discharge of industrial hopper would be simulated. After the validation of coarse grained model by the results from direct numerical simulation, the flow mode, the effect of orifice size on discharge rate, and force nerwork would be extensively studied. This project is expected to construct certain methodology suitable for complex granular flows of the industrial system, and thus theoretically guide the optimal design of industrial device.

英文关键词： Granular flows；Discrete element method；Contact mechanics；GPU；Flow similarity