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离散元法(DEM)是一个相对较新的技术,用来模拟沙子、矿石、谷物等颗粒物料的流动大多数的颗粒物料的流动难以用精确的连续性方程描述,于是离散元法通过模拟颗粒系统中的每一个固体颗粒的运动来避免这个问题与连续方法相比,DEM 的主要优势是在粒子尺度上获得信息例如,当预测颗粒破碎时,应用到每一个颗粒上的能量都必须要计算DEM 技术在很大程度上依赖于计算机能力和高效的现代并行编程技术,近年来随着计算机技术的进步得到了很大的发展,DEM 成为工程模拟中实用的工具Rocky是由ESSS公司共同开发的功能强大的DEM软件包它是一个共享内存的并行软件,能够快速解决颗粒动力学问题在商业DEM软件中,Rocky的独特之处在于:1) 考虑了真正的非圆形颗粒形状2) 在不损失质量和体积的情况下模拟破碎的能力3) 能考虑磨损的边界表面形状变化的影响该软件首先在采矿工业中有大量的应用,目前也扩展到许多其它固体颗粒流动的问题中适用于颗粒运动、换热、破碎和设备磨损等问题的最佳解决方案 Rocky DEM软件通过根据不同的接触力模型和牛顿第二运动定律,通过显式方式计算颗粒运动通过这种方式能够准确的计算出颗粒在不同时刻的运动速度、方向和位置计算流程图Rocky DEM软件中可以创建真实颗粒形状,计算中用到的颗粒形状就是用户在软件中创建的颗粒形状,这样能够得到更加真实可靠的模拟结果同时在Rocky DEM软件中,还能够考虑一些其它因素,诸如潮湿、干燥等颗粒的属性颗粒形状库干燥和潮湿颗粒堆积角对比Rocky DEM通过计算颗粒对边界实施的剪切力,根据剪切力做的功成比例的消除边界体积,此功能用来预测由于磨损生成的边界边界变化对颗粒流动特性的影响设备表面磨损计算Rocky基于碰撞或摩擦产生的能量计算每一个颗粒的破碎,通过计算每一个颗粒的破碎来模拟整个破碎过程接触模型的分析计算直接决定了粒子所受 的力和力矩的大小常用的接触模型有六种:Hertz-Mindlin无滑动接触模型;Hertz-Mindlin黏结接触模型;线性粘附接触模型;运动平面接触模型;线弹性接触模型;摩擦带点接触模型强大的并行计算能力Rocky采用共享内存式多核多线程并行计算,支持GPU加速,可以充分发挥图形工作站的计算性能,不存在网络传输限制目前,Rocky软件的颗粒数量计算规模能够达到数百万量级,已经有许多达到百万量级的工程计算案例CPU和GPU加速计算对比多物理场解决方案 Rocky DEM软件能够完全集成ANSYS Workbench上,为工程师提供了进行颗粒和其它物理现象耦合仿真的能力,如结构分析和流体分析耦合计算的方式有两种:单向和双向,主要取决于带求解问题的性质工程师不仅能够使用静态和瞬态结构分析,同样也可以使用模态和频率分析DEM和CFD也能够进行耦合分析在ANSYS Workbench项目视图区,可以直接创建Rocky仿真系统例如,ANSYS Workbench上的所有几何模型都可以直接传递到Rocky中使用,然后DEM仿真中颗粒进入几何模型的数据也可以传递回来在ANSYS Workbench上创建Rocky仿真系统,同样允许工程师进行优化设计分析,因为Rocky的输入和输出参数能够与ANSYS 的其它模块共享,例如DesignXplorerRocky DEM–ANSYS FLUNT单向耦合 通过Rocky DEM软件和ANSYS FLUENT软件结合,可以模拟流体中颗粒的运动行为风移器通常用于工业废物处理,以分离轻颗粒和重颗粒,根据颗粒的尺寸、形状和密度,颗粒将上升或下落在计算过程中,可以使用不同的阻力定律进行计算ANSYS FLUENT中仿真设置Schiller&Naumann和Ganser定律对比Rocky DEM–ANSYS FLUENT双向耦合通过Rocky DEM软件和ANSYS FLUENT软件结合,可以模拟流体中颗粒的运动行为同时还能够考虑到颗粒的存在对流体流动的影响流化床在化工行业得到了广泛的应用,成为多相流反应器的重点研究领域使用Rocky DEM和FLUENT软件双向耦合仿真,能够考虑到颗粒的真是形状、颗粒间相互碰撞、颗粒与壁面碰撞等因素,得到的模拟结果与实验吻合ANSYS FLUENT中仿真设置不同时刻颗粒运动Rocky DEM–ANSYS MECHANICAL单向耦合 Rocky DEM和ANSYS MECHANICAL软件结合能够计算设备的应力、应变和振动等,以评估颗粒运动对设备的影响振动筛中的颗粒运动ANSYS MECHANICAL中变形计算
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