颗粒湍流自由表面流动的DEM-VOF模型与搅拌混合系统应用

"这篇论文详细介绍了颗粒自由表面湍流DEM-VOF模型的开发和其在搅拌混合系统中的应用。作者Liang Wu、Ming Gong和Jingtao Wang分别来自天津大学和西北大学的化工学院。他们通过Reynolds应力模型扩展了DEM-VOF方法，以模拟含有颗粒的湍流自由表面流动，并引入了一种新颖的虚拟双网格孔隙率模型来计算流体孔隙率。实验结果验证了该模型的有效性，与单个颗粒沉降、下沉粒子的下降以及浮力粒子的浮动等现象的理论和文献数据吻合良好。" 本文主要探讨的是在化工领域广泛存在的颗粒自由表面湍流流动的数值模拟问题。DEM（离散元素法）-VOF（体积占据分数方法）模型是一种强大的计算工具，能够深入理解流动的局部和宏观特性。传统的VOF模型主要用于处理自由表面流动，而DEM则专注于颗粒运动的模拟。论文中，研究者将这两种方法结合，通过Reynolds应力模型来处理湍流效应，使得模型能够适用于颗粒和流体共同存在的复杂流动场景。 为了精确计算含有颗粒的流体孔隙率，研究者提出了一种创新的虚拟双网格孔隙率模型。这种模型能更准确地反映颗粒对流体流动的影响，对于理解和预测颗粒如何改变流体动力学特性具有重要意义。通过模拟单个颗粒的沉降、下沉粒子的动态以及浮力粒子的浮动过程，研究人员验证了新模型的准确性和适用性。这些模拟结果与已有理论分析和文献报道的数据高度一致，表明该DEM-VOF模型在模拟颗粒自由表面湍流流动时表现出色。 在搅拌混合系统中，颗粒的存在往往会影响混合效率和反应动力学。因此，这一模型的应用有助于优化工业过程，如化工反应器的设计、物料混合策略的制定等。通过精确模拟，可以预估颗粒行为对整体混合效果的影响，从而提高工艺效率并减少能源消耗。 这篇研究工作为理解和模拟颗粒自由表面湍流流动提供了一个新的工具，对于提升搅拌混合系统的设计水平和运行效率具有深远的科学价值和实际意义。