颗粒流体系统介尺度LBM-DEM模型

【作者】 王利民； 邱小平； 李静海；

【机构】 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； 中国科学院大学；

【摘要】 传统的LBM-DEM颗粒流体系统直接数值模拟算法是一种不引入经验模型的计算方法,颗粒尺寸通常比格子步长大1个量级,颗粒的受力是通过积分表面的黏性力与压力获得,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和两相相互作用的本构关系,但其缺点是计算量是巨大,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(即格子步长约1个量级的颗粒尺寸),实现在颗粒尺度上的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。通过典型的流态化过程的模拟,验证了介尺度LBMDEM耦合模型的有效性。本研究表明介尺度LBM-DEM模型,不仅可以获得颗粒运动轨迹等局部信息,也可以获得流体的平均流场信息,是一种探索实验室规模气固系统的有力手段。更多还原