噴動床三維流動特性的CFD-DEM并行數(shù)值模擬.pdf

1、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

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果進行對比，結果表明：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

3、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)