本文關鍵詞：噴動床三維流動特性的CFD-DEM并行數(shù)值模擬

  更多相關文章： 離散單元法 OpenMP并行 氣固流動特性 混合特性 數(shù)值模擬

【摘要】：噴動流化床具有優(yōu)良的顆粒循環(huán),顆粒接觸傳熱、傳質(zhì)等獨特特性而被廣泛的應用于工業(yè)領域。顆粒相的濃度分布、速度分布以及顆粒與墻壁的碰撞次數(shù)等等特性在工業(yè)生產(chǎn)設計與優(yōu)化運行具有重要的意義,數(shù)值模擬成為研究氣固兩相流動特性的一種重要手段,可以和理論研究、實驗研究優(yōu)勢互補,對實際工程的設計和運行具有指導意義。計算流體力學(CFD)-離散單元法(DEM)被廣泛應用于流化床的數(shù)值模擬中,但受DEM計算工作量大的限制,難以達到實際流化床的模擬要求,因此開展對DEM并行算法的研究具有重要意義。首先針對床內(nèi)顆粒運動的特點,基于DEM方法建立了氣固兩相流動中顆粒相的并行化計算模型,在OpenMP并行技術的基礎上,采用Fortran語言開發(fā)了DEM并行數(shù)值模擬程序,實現(xiàn)了顆粒受力計算、顆粒速度和位置更新的并行化,模擬了三維噴動床內(nèi)顆粒堆積的過程,并與串行程序的模擬結(jié)果進行對比,結(jié)果表明:基于OpenMP技術并行程序可正確模擬顆粒堆積過程,而且具有良好的加速比,能夠顯著地提高計算效率。當計算線程數(shù)增加時,加速比隨之增加,但增幅相對減少。然后根據(jù)并行算法編制了三維噴動床內(nèi)氣固流動CFD-DEM數(shù)值模擬程序,得到了不同噴動速度下的流化過程圖,氣體和顆粒的時均速度分布,以及顆粒體積分數(shù)軸向和徑向分布,結(jié)果表明:在床內(nèi)中心射流的帶動下,顆粒發(fā)生環(huán)核流動,在床層底部兩側(cè)處出現(xiàn)滯止區(qū);當噴動速度增加,氣體夾帶顆粒的能力增強,顆粒流動性相對增強,致使滯止區(qū)面積相對減少,同時噴動速度增加,顆粒體積分數(shù)隨之減少,床層內(nèi)空隙率增大。最后通過引入Lacey隨機混合指數(shù),定量分析了噴動床內(nèi)軸向、徑向混合機理,以及噴動速度對床內(nèi)顆�；旌咸匦缘挠绊�,結(jié)果表明:軸向混合主要通過上下?lián)Q位的方式進行混合,徑向混合主要在噴動區(qū)通過左右隨機換位的方式進行混合,并且軸向均分的混合速度要快于徑向混合,表觀氣速的增加使得軸向、徑向混合速度增加。
【關鍵詞】：離散單元法 OpenMP并行 氣固流動特性 混合特性 數(shù)值模擬
【學位授予單位】：華北電力大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ051.1
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-17
• 1.1 選題背景及意義10-11
• 1.2 氣固兩相流數(shù)值模擬方法11-12
• 1.2.1 雙流體模型11-12
• 1.2.2 離散單元模型12
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)12-16
• 1.3.1 噴動床內(nèi)顆粒流動特性的國內(nèi)外研究進展12-13
• 1.3.2 噴動床內(nèi)顆粒混合特性的國內(nèi)外研究進展13-15
• 1.3.3 DEM并行數(shù)值模擬國內(nèi)外研究進展15-16
• 1.4 本文主要工作16-17
• 第2章 氣固兩相流動的數(shù)值模擬的數(shù)學模型17-24
• 2.1 離散單元法原理及固相受力模型17-21
• 2.1.1 離散單元法原理17-18
• 2.1.2 顆粒間的碰撞力18-19
• 2.1.3 氣體對顆粒的曳力19-20
• 2.1.4 顆粒的運動方程20-21
• 2.2 氣相計算流體力學方法原理21-22
• 2.3 氣固兩相間的耦合22-23
• 2.3.1 氣固兩相間的動量耦合22
• 2.3.2 CFD-DEM數(shù)據(jù)傳遞過程22-23
• 2.4 本章小結(jié)23-24
• 第3章 噴動床顆粒堆積過程的并行數(shù)值模擬24-33
• 3.1 顆粒堆積計算過程分析24-26
• 3.2 OpenMP并行計算原理26-27
• 3.3 顆粒堆積過程并行結(jié)構(gòu)化設計27-28
• 3.4 流化床內(nèi)顆粒自有沉降的算例分析28-32
• 3.4.1 模擬參數(shù)及步驟28-29
• 3.4.2 顆粒自由沉降過程模擬結(jié)果29-32
• 3.5 本章小結(jié)32-33
• 第4章 三維噴動床氣固流動特性的數(shù)值模擬33-44
• 4.1 模擬對象及模擬參數(shù)33-34
• 4.2 模擬結(jié)果驗證34-35
• 4.3 模擬結(jié)果分析35-42
• 4.3.1 不同空氣入口噴射速度流化過程圖35-37
• 4.3.2 氣體速度的分布37-39
• 4.3.3 不同噴動速度對顆粒時均速度分布影響39-42
• 4.3.4 顆粒時均體積分數(shù)軸向和徑向分布42
• 4.4 本章小結(jié)42-44
• 第5章 三維噴動床顆�；旌咸匦缘臄�(shù)值模擬44-53
• 5.1 隨機混合指數(shù)44-45
• 5.2 軸向、徑向混合特性分析45-50
• 5.2.1 軸向、徑向混合過程圖45-47
• 5.2.2 噴動床內(nèi)混合過程的定量分析47
• 5.2.3 不同速度下的顆�；旌咸匦苑治�47-48
• 5.2.4 床內(nèi)不同區(qū)域的顆粒混合特性分析48-50
• 5.3 不同密度的顆�；旌咸匦苑治�50-52
• 5.3.1 不同密度的顆粒混合特性的軸向、徑向過程圖50-51
• 5.3.2 不同密度的顆�；旌咸匦远糠治�51-52
• 5.4 本章小結(jié)52-53
• 第6章 結(jié)論與展望53-55
• 6.1 結(jié)論53-54
• 6.2 展望54-55
• 參考文獻55-58
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文及其它成果58-59
• 致謝59

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前7條

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本文編號：672001