噴動(dòng)床三維流動(dòng)特性的CFD-DEM并行數(shù)值模擬.pdf

1、噴動(dòng)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(dú)特特性而被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)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(shè)計(jì)與優(yōu)化運(yùn)行具有重要的意義，數(shù)值模擬成為研究氣固兩相流動(dòng)特性的一種重要手段，可以和理論研究、實(shí)驗(yàn)研究優(yōu)勢互補(bǔ)，對實(shí)際工程的設(shè)計(jì)和運(yùn)行具有指導(dǎo)意義。
　　計(jì)算流體力學(xué)(CFD)-離散單元法(DEM)被廣泛應(yīng)用于流化床的數(shù)值模擬中，但受DEM計(jì)算工作量大的限制，難以達(dá)到實(shí)際流化床的模

2、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(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，基于DEM方法建立了氣固兩相流動(dòng)中顆粒相的并行化計(jì)算模型，在OpenMP并行技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用Fortran語言開發(fā)了DEM并行數(shù)值模擬程序，實(shí)現(xiàn)了顆粒受力計(jì)算、顆粒速度和位置更新的并行化，模擬了三維噴動(dòng)床內(nèi)顆粒堆積的過程，并與串行程序的模擬結(jié)果進(jìn)行對比，結(jié)果表明：基于OpenMP技術(shù)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(jì)算效

3、率。當(dāng)計(jì)算線程數(shù)增加時(shí)，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(dòng)床內(nèi)氣固流動(dòng)CFD-DEM數(shù)值模擬程序，得到了不同噴動(dòng)速度下的流化過程圖，氣體和顆粒的時(shí)均速度分布，以及顆粒體積分?jǐn)?shù)軸向和徑向分布，結(jié)果表明：在床內(nèi)中心射流的帶動(dòng)下，顆粒發(fā)生環(huán)核流動(dòng)，在床層底部兩側(cè)處出現(xiàn)滯止區(qū)；當(dāng)噴動(dòng)速度增加，氣體夾帶顆粒的能力增強(qiáng)，顆粒流動(dòng)性相對增強(qiáng)，致使滯止區(qū)面積相對減少，同時(shí)噴動(dòng)速度增加，顆粒體積分?jǐn)?shù)隨之減少，床層內(nèi)