文档介绍
| 流固耦合现象广泛存在于自然界和工业生产中，例如风沙流动、气力输送、流化过程等。同样气吹式排种器也可以作为流固耦合的研究对象，因为在排种器的充种室内的种子作为固相存在，气体则作为流体相存在，并且两者相互作用，这样就构成了一个流固耦合现象。本文以一种气吹式大豆排种器为研究对象，通过对计算流体力学（CFD）、离散元法（DEM）及气固两相耦合相关理论的研究，综合利用DEM的颗粒计算优势和CFD的流体计算优势，在DEM的基础上引入CFD方法，实现了气吹式排种器工作过程的CFD-DEM耦合仿真分析，本文的主要工作及结果如下。首先，简要介绍了计算流体力学和离散元法的发展过程与研究现状以及基于CFD-DEM耦合方法的一般求解思路。其次，建立基于高阶离散格式的三维气固耦合数学模型。整个模型中主要对流体动力学方程采用高阶离散格式（二阶迎风格式、QUICK格式）建立离散方程组，并对离散方程组采用SIMPLER方法进行求解，得到速度场和压力场；采用半经验公式计算气固两相的相互作用力，并引入到离散颗粒的受力计算中。上述工作为编制三维CFD-DEM仿真分析软件奠定了理论基础。再次，对流固耦合仿真程序的计算效果进行测试。首先在单纯流体计算方面，对管道流、顶盖驱动流进行仿真模拟，并与商品软件FLUENT的计算结果在定性与定量方面进行对比分析，采用QUICK格式离散方案时两者速度场的对比结果变化趋势一致，速度大小相差不大，而采用二阶迎风格式离散方案时，方腔模型的求解结果不理想；然后在流场中添加颗粒，对气力管道颗粒输送特性进行仿真模拟，证明了颗粒与气体间发生了双向耦合作用。通过上述两方面的工作，初步验证了本文所建立的CFD-DEM耦合方法的正确性。最后，对气吹式排种器的工作过程进行了仿真分析。首先建立了排种器与大豆种子的三维仿真分析模型，并选取适合的力学模型与仿真参数；然后在加气和不加气两种条件下，采用课题组研发的三维CFD-DEM耦合软件，对气吹式排种器的工作过程进行了模拟仿真，并将仿真结果与试验结果进行对比分析，初步证明了采用CFD-DEM耦合方法分析气吹式排种器的工作过程的可行性和有效性，为气吹式排种器的研究和设计建立了一种新方法。 |
文档标签:
流体力学
