第 36卷 第 4 期 国防科技大学学报 Vol.36No.4
2014 年 8 月
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JOURNAL OF NATIONAL UNIVERSITY OF DEFENSE T E C H NOLOGY_______________Aug. 2014
doi:10. l!87/j. cn. 201404003 htp：//joumal. nudt. edu. cn
弯管稀相气力输送CFD-DEM法数值模拟*
杜 俊 ，胡国明，方自强，范 召
(武汉大学动力与机械学院，湖 北 武 汉 430072 )
摘 要 :利用CFD-DEM方法对稀相气固两相流在带有弯管的气力输送管道内的流动特性数值模拟。通
过 C F D求解连续气相流场，使用D E M 求解离散颗粒相运动及受力，为提高仿真速度，模型忽略了空隙度对气
相的影响。仿真结果显示了颗粒在弯管内形成颗粒绳及在垂直管道内颗粒绳分散的过程,并获取了颗粒-
颗粒、颗 粒 - 壁面的碰撞信息。对比弯管上下两部分的碰撞情况,颗粒及壁面在弯管下半部分受到的撞击和
磨损更严重。通过对气力输送各类工作参数的研究发现,其对管道内气固两相流的流动特性和碰撞情况有
着不同程度的影响。气流速度对颗粒绳分散影响甚微，但对弯管内颗粒碰撞强度有明显影响。随着颗粒质
量流量的增加,形成的颗粒绳更紧凑、分散速度更慢,并在弯管中形成了阻碍颗粒- 壁面碰撞的防护层。弯
径比的增加也能加强颗粒绳的紧凑度,减缓颗粒绳的分散速度。
关键词:离散单元法;计算流体力学;气力输送;稀相
中图分类号:TH48 文献标志码：A 文章编号:！0 ]-2486(2014)04 -0134 -06
Simulation of dilute pneumatic conveying
with bends by CFD-DEM
D U Jun ’ H U Guoming ’ FANG Ziqiang ’ FAN Zhao
(School of Power and Mechanical Engineemng，W u h a n University，W u h a n 43 0 0 7 2 ，China)
Abstract ： C F D - D E M model was used to simulate the gas-solid flow in dilute pneumatic conveying with be/ds. In C F D - D E M ， the discrete
particle phase was obtained by Discrete Element Method ( D E M ) ， and the flow of continuum gas phase was determined by Computational Fluid
Dynamics ( C F D ). In order to consume less simulation time，the effect of the particle solid fraction on the gas phase was not taken into account.
The results showed the particle rope formation in the bend and its dispersion in the vemical pipe，and obtained the particle-paeicle and particle-wall
collision information. C om p a/ so n of the collision information in the b en d， the collision and abrasion seemed more intensive at the bottom of the
bend. It was also found that t e geometry and parameters have different magnitude effects on the gas-solid flow and collisions in the pipe. The gas
velocity was considered to be limited influence on the rope dispersion, but significant effect on the collisions in bend section. With the increase of
the solid mass flow，the paeicle rope seemed stonger and more dispersed at a low rate， and there was a shield formed to impede paeicle-wall
collision at the bend section. The increase of the bend radius ratio also m ade the pamicle rope stronger，and the dispersion rate lower.
K e y w or ds ： discrete element method ； computational fluid dynamics ； pneumatic conveying ； dilute phase
弯管作为气力输送系统中的典型零部件，对
输送管道内气固两相流的流动特 性有着显著影
响 ，研究弯管内气固两相流的流动特性对设计和
生产 者优化、改善 气力输送系统具有 重要 意义 。
近年来’随着计算机技术的发展，数值模拟被广泛
用于气力输送领域的研究。传统拉格朗日颗粒跟
踪法在该领域取得了一系列研究成果[_2] ’但该
方法未考虑颗粒碰撞对两相流流动特性的影响。
离散单兀法（Discrete Element Method ’ D E M )因其
在处理颗粒碰撞问题上的优势，通过与计算流体
力学 (Computational Fluid Dynamics ’ C F D )方法相
耦合，被越来越多的用于气固两相流的研究[ _6]。
由 于 C F D - D E M 需要在每个时步更新计算域
内所有颗粒的位置和速度信息，巨大的计算成本
成为限制其应用的主要瓶颈之一。为缩短计算时
间 ，本 文 将 适 用 于 低 颗 粒 体 积 分 数 的 C F D - D E M
计算模型引入对稀相气力输送的数值模拟，通过
与文献[ 」中实验结果的对比 ，验证该模型的有
效性 。同时，对气力输送中主要的工作参数进行
了仿真研究，系统分析了其对管道内气固两相流
* 收稿日期：2 0 1 3 - 1 2 - 1 0
基金项目：国 家 高 技 术 发 展 计 划 项 目 （2 0 0 7 A A 0 4 Z 1 2 8 ) ;武 汉 市 科 技 计 划 项 目 - 学 科 带 头 人 计 划 项 目 （201271130442)
作者简介:杜 俊 （] 987— ) ，男 ，湖 北 武 汉 人 ，博 士 研 究 生 ，E-mail: duj un@ whu. edu. cn;
胡 国 明 （通 信 作 者 ），男 ，教 授 ，博 士 ，博 士 生 导 师 ，E-mail: hu_ gu omi ng _ cn @1 63 .c om
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