包建业
南京安世亚太公司
近年来，作为RockyDEM（离散元仿真工具）母公司的ESSS公司，其与ANSYS公司的合作逐渐加深。一方面，在销售途径上，其可以借助ANSYS公司的销售渠道；另一方面，Rocky DEM已经实现了与ANSYS产品的技术联合开发，其可以使用ANSYS的前后处理工具，并且能够实现与ANSYS产品的快速耦合计算，以及参数优化等功能。
图1-Rocky DEM可以集成在ANSYSWorkbench平台下
DEM-CFD耦合方法对模拟颗粒-流体系统的作用非常巨大，能以数值仿真来扩大颗粒-流体耦合的模拟处理范围。复杂的物理现象，如气力输送、颗粒干燥、研磨机内浆液流动、甚至是颗粒与流体之间的化学反应，都可以借助这种方法来实现仿真和分析。
图2-Rocky与ANSYS集成后，FLUENT的计算结果可通过接口传递给Rocky
Rocky DEM作为ANSYS Workbench的组件，能够与ANSYS Fluent进行耦合计算，无需借助第三方工具。其耦合方式有两种：单向和双向耦合。
图3-Rocky DEM与FLUENT耦合方式
图4-Rocky DEM与FLUENT双向流固耦合设定界面
在进行耦合计算时，流体-颗粒相互作用的纳维斯托克斯方程中的耦合项，考虑了阻力、升力浮力、虚拟质量、角动量和其他力。流体对颗粒的作用通过相间作用力（曳力）来实现的，而颗粒对流体的影响，则通过体积分数和动量交换力完成。
图5-Rocky DEM与FLUENT耦合计算内核
图6-耦合计算中流体对颗粒的作用
图7-耦合计算中颗粒对流体的影响
RockyDEM和Fluent单向耦合计算
风移器在工业中通常用于分离不同质量的颗粒。采用Rocky DEM和Fluent单向耦合的方式可以模拟出流体中轻颗粒上浮、重颗粒下沉的现象。在计算过程中，可以使用不同的阻力模型进行计算。
图8-Fluent中流体计算边界条件和结果
图9-不同的阻力定律（Schiller-Noumann定律和Ganser定律）下颗粒的分离情况
RockyDEM和Fluent双向耦合计算
工业中泵是常用的设备，当传递的介质含有颗粒时，颗粒与设备的相互作用是影响设备的重要因素。采用Rocky DEM和Fluent双向耦合的方式，能够考虑颗粒的形状、颗粒的沉积、颗粒与颗粒之间的碰撞、颗粒与叶片以及壁面之间的碰撞等因素。
图10-计算模型和边界条件
图11-颗粒在泵内运动轨迹及堆积情况
图12-泵内流线和颗粒浓度分布
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