EDEM校园培训PPT 65页

'离散元方法及应用龚明CAE工程师北京海基嘉盛科技有限公司 EDEM颗粒力学仿真专家离散元方法与EDEM介绍离散元方法工程应用案例DEM-CFD耦合方法介绍DEM-CFD处理流化问题 EDEM颗粒力学仿真专家离散元方法与EDEM介绍离散元方法工程应用案例DEM-CFD耦合方法介绍DEM-CFD处理流化问题 EDEM离散元方法ngineeringDEM(DiscreteElementMethod):Cundall于1979年提出的一种研究非连续介质问题的数值模拟方法。Lagrange体系下的求解牛顿第二定律对体系内每个颗粒单体进行动力学模拟–颗粒的力学和惯性属性•颗粒间作用•颗粒与机械设备•其它场力效应（流体场、重力场、电磁场等）–颗粒间的质量、动量及能量交换 EDEM颗粒接触模型FtangentialParticlestiffness(spring)DampingctkFrictioncoefficienttZZB,localA,localkXA,localnParticleBParticleAXB,localcnYA,localFYB,localnormal EDEMDEMSolutions第一款基于离散元方法的通用CAE软件模拟工艺或过程中的颗粒行为与Fluent耦合模拟颗粒-流体系统（DEM+CFD）与Ansys耦合模拟设备的应力-应变状况（DEM+FEM）与ADAMS耦合模拟设备的动态力学响应（DEM+MBD） EDEM基本处理框架颗粒建模前处理器设置颗粒生成方式导入并设置CAD几何模型颗粒动力学计算求解器与其他工具耦合分析各场力计算质量/热量交换3D图片/动画生成后处理工具图表分析工具数据提取及导出 EDEM最大程度拟合颗粒颗粒形状球面填充拟合各类颗粒颗粒材料属性密度、剪切模量、泊松比„„粒径分布特点描述散体物料的尺度差异均匀分布正态分布 EDEM便捷的几何建模能力支持CAD几何模型导入，避免重复建模IGESSTEPPro/ECATIAFluentmeshSTLParasolid设定部件的运动学特性转动、平移、摆动、振动„„ EDEM高效的求解技术先进的颗粒接触检索技术并行计算能力实时显示计算结果，便于及时发现问题颗粒处理量可达百万量级 EDEM丰富的后处理工具显示颗粒相关变量分布设备表面受力分布生成图片、动画提取局部数据记录颗粒运动轨迹统计用图表工具 EDEMAPI二次开发模块用户自定义场力/场效应流体拖曳力、电场力、浮力用户定义颗粒生成方式准确指定每个颗粒位置用户定义接触模型颗粒间热量传递带电颗粒接触后的电荷传递 EDEMAPI二次开发模块用户自定义场力/场效应流体拖曳力、电场力、浮力用户定义颗粒生成方式准确指定每个颗粒位置用户定义接触模型颗粒间热量传递带电颗粒接触后的电荷传递 EDEMAPI二次开发模块用户自定义场力/场效应流体拖曳力、电场力、浮力用户定义颗粒生成方式准确指定每个颗粒位置用户定义接触模型颗粒间热量传递颗粒接触后的电荷传递 EDEM国外企业用户 EDEM国外院校用户MEUT EDEM国内用户天津大学化工学院中科院力学所、过程所、大连化物所天津科技大学机械工程学院上海航天八院805所大连理工大学化工学院中国空间技术研究院511所清华大学化工学院、热能工程系交通部水运科学研究院北京大学工学院中国矿业大学化工学院北京国电富通武汉大学动力机械学院江苏沙钢钢铁研究院东北大学、江苏大学、济南大学洛阳矿山机械工程设计研究院东南大学、北京科技大学„„ EDEM颗粒力学仿真专家离散元方法与EDEM介绍离散元方法工程应用案例DEM-CFD耦合方法介绍DEM-CFD处理流化问题 EDEM物料输运竖直落料管简单的光滑竖管物料冲刷壁面损严重底部大量堆积物料 EDEM物料输运改进型落料管单管式→分段式竖直管→下段倾斜管管内壁设置部分挡板物料堆积减少物料速度大大降低减小冲击、减轻磨损 EDEM物料输运斗轮式挖掘机物料落入传送带时出现未曾意料的飞溅显现造成原料浪费传送带上的料线偏离中心破坏皮带的稳定运行易损坏设备 EDEM物料输运溜槽结构外移减小物料飞溅调整溜槽倾角稳定皮带料线 EDEM物料输运溜槽结构外移减小物料飞溅调整溜槽倾角稳定皮带料线运行工况明显改善 EDEM物料破碎球磨机内衬板磨损磨损严重影响提升性能预测磨损率与性能下降的关系设计合适的衬板更换周期 EDEM卡车车斗装卸料改进卡车车斗结构提高装卸料效率卸料时间大大缩短车斗重量减轻20%以上燃料消耗减少11%每辆卡车每年节约成本5.5万美元 EDEM挖掘机铲斗挖掘机铲斗挖料过程铲斗受力变化 EDEM挖掘机铲斗挖掘机铲斗挖料过程铲斗受力变化初始受力较小随着挖料增加受力增大最终受力为物料重量摩擦及铲斗方向变化使得受力有一高峰值模拟与实验结果一致 EDEM冶金高炉布料无钟炉顶的创造者采用EDEM分析高炉布料过程无钟炉顶原料运动规律矿石与焦炭的分层排布溜槽表面磨损区域预测 EDEM高炉布料溜槽布料过程的颗粒运动偏斜与漏料 EDEM高炉布料溜槽1偏斜运动213234455 EDEM高炉布料溜槽漏料（倾角：40°、30°、20°） EDEM高炉布料预测炉顶装料时的物料行为分析颗粒层的空隙率分布预测颗粒层内部压力分布显示了EDEM模拟高炉的潜力 EDEM高炉布料三股进料，每股时间10秒31.2吨焦炭70.59吨烧结矿26.91吨球团矿31.07吨烧结矿20.93吨球团矿模拟准二维薄片以减小计算量 EDEM高炉布料使用两种粒径的球团矿焦炭与烧结物具有不同的粒径分布 EDEM高炉布料自由下落实验测得颗粒碰撞恢复系数 EDEM高炉布料正应力/剪切力测试获得静摩擦系数 EDEM高炉布料EDEM仿真手段测定滚动摩擦系数调整滚动摩擦系数在模拟中再现与实际相一致的颗粒堆静止角 EDEM高炉布料利用EDEM的颗粒工厂技术在高炉顶部初始化颗粒采用动态方式配置三股进料一共模拟了约50万的颗粒数 EDEM高炉布料颗粒层体积分数分布42.98347.582750.844339.864553.759834.189955.344 EDEM高炉布料各种物料分布焦炭层矿石层 EDEM高炉布料颗粒层压力集中于焦炭层 EDEM三轴应力实验 EDEM固体挤压、切割 EDEM地震 EDEM颗粒力学仿真专家离散元方法与EDEM介绍离散元方法工程应用案例DEM-CFD耦合求解介绍DEM-CFD处理流化问题 EDEMDEM-CFD耦合EDEM整合颗粒、流体以及机械动力学Fluent提供单相及多相流的基本算法构建耦合方法的求解框架EDEM-Fluent欧拉法及拉格朗日法两种耦合模式EDEM代替Fluent显式的计算颗粒相的运动 EDEM耦合求解过程Fluent进行一个时间步的流场计算计算体积分数连同相EDEM开始当前时间步的间作用力传递回Fluent迭代计算UDF相间作用力引入颗粒运获取Fluent的流场数据动方程计算颗粒位置并计算相间作用力 EDEM耦合设置面板 EDEM耦合方法特点Euler-Lagrangian耦合方法动量交换——相间作用力类似于Fluent的DPM模型EDEM计算流体对颗粒的作用力相间只传递动量的交换以动量源项形式传递回Fluent固相体积分数小于10%质量交换——颗粒体积分数计算速度较快EDEM通过抽样点计算体积分数Euler-Euler耦合方法抽样点取决于精度和稳定的要求更适用于密相流问题能量交换——对流、辐射、热传导可包含动量、质量、能量交换颗粒-流体对流传热计算速度较慢颗粒-流体辐射传热颗粒-颗粒热传导 EDEM相间作用力曳力模型FreestreamDragModelFfreestream0.5CDfAp(vfvp)vfvpErgunandWen&Yu(Gidaspow)V|v|vFdDiFelice1User-DefineModel升力模型SaffmanLiftModelMagnusLiftModelFluid-inducedTorque EDEM颗粒力学仿真专家离散元方法与EDEM介绍离散元方法工程应用案例DEM-CFD耦合求解介绍DEM-CFD处理流化问题 EDEM颗粒夹带 EDEM颗粒夹带 EDEM气流喷射 EDEM流化床 EDEM气力输送 EDEM气力输送 EDEM气力输送 EDEM气力输送 EDEM砂石抽吸 EDEM砂石抽吸抽吸区域颗粒层表面呈现“W”型与实验结果的吻合度很高 EDEM高炉软熔带铁矿石软化熔融区域通透性降低改变气体流量分布受矿石性质与操作工况影响发生复杂的多相化学反应DEM+CFD耦合研究方法 EDEM高炉软熔带CaseI→CaseII改变矿石密度及粒径软熔带升高高温区增大CaseII→CaseIII改变焦炭及矿石的加料方式对软熔带及高温区影响极小软熔带物料分离、熔融过程及炉内温度分布 EDEM总结EDEM为研究散料特性及其设备工艺提供了一种有效的模拟手段EDEM模拟结果与实验数据具有很好的吻合度可以直观地显示实验无法观测到的物料内部状态利用EDEM准确快速地判断结构或流程中存在的问题分析问题的原因并不断优化改进工艺设计最终达到提高性能、节约成本、缩短研发周期等目的 CAE工程师龚明Mobile：18211171739Phone：010-82318880-209E-mail：gongming@hikeytech.com'