《稠密氣固兩相湍流撞擊流的LBE-LES-DEM耦合建模及機理研究》是依託寧波大學，由張文歡擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：稠密氣固兩相湍流撞擊流的LBE-LES-DEM耦合建模及機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張文歡
- 依託單位：寧波大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
氣流床煤氣化技術對保障國家能源安全和解決環境污染問題具有重要的現實意義。作為氣化爐中最基本的流動，稠密氣固兩相湍流撞擊流對煤的高效氣化起著非常重要的作用。目前對這類流動的機理研究還存在許多問題，如湍流流動的不穩定性與顆粒間的相互作用還不清楚，現有的數值模擬方法在研究機理問題上存在著較大的不足。格子Boltzmann方程（LBE）方法、大渦模擬（LES）方法和硬球模型（DEM）的耦合具有非常大的優勢和潛力。鑒於此，本項目擬耦合這三種方法，並結合高性能並行計算手段，對稠密氣固兩相湍流撞擊流的流動機理進行研究，主要包括：發展適合於稠密氣固兩相湍流撞擊流的LBE-LES-DEM耦合模型，設計並實現相應的GPU高效並行算法，探討湍流流動的不穩定性與顆粒間的相互作用機理等問題。本項目的研究結果可為氣化爐結構和工藝參數的最佳化提供必要的理論依據，為煤的高效氣化提供有益的技術支持。
結題摘要
稠密氣固兩相湍流撞擊流是氣流床煤氣化技術中的重要基本流動，對煤的高效氣化起著非常重要的作用。本項目採用近年來發展起來的格子Boltzmann（LB）方法，並結合GPU並行計算等高性能計算手段，對這種流動的計算模型及流動機理進行了研究。主要研究成果如下：（1）發展了求解三維不可壓縮湍流的一個新多鬆弛LB模型，所發展的新模型使用最少的離散速度求解三維不可壓縮湍流。（2）分析多鬆弛模型中廣泛採用的計算應變率的兩種方法，得到了湍流LB大渦模擬中計算效率更高的變形率張量的計算方法。（3）針對求解淺水流的D2Q9模型做出修正，提出了修正LB模型，新模型的收斂速度更快和穩定性更好。項目組還使用Blaze-Dem軟體在GPU計算顯示卡上模擬了高爐中大規模球形、非球形凸和凹多面體顆粒流，取得了實時顯示的結果。實現了牛頓湍流LB模擬的多GPU計算，開展了LB模型對牛頓和非牛頓湍流模擬的效率和精度的評估。項目的研究成果可為湍流撞擊流的流動模擬提供有效的計算模型。
