考虑粒间滚动阻力的CFD-DEM流-固耦合数值模拟方法

摘要：

在离散元(DEM)和计算流体动力学(CFD)程序基础上,运用流-固相互作用力方程建立三维CFD-DEM细观耦合数值模拟模型.CFD-DEM的控制方程包括流体-颗粒相互作用力方程、CFD的流体和DEM的颗粒运动方程.其中,考虑到土颗粒的形状效应,引入颗粒滚动阻力机制,介绍了适用性较强的滚动阻力模型.在开源耦合程序CFDEM的框架下,定制CFD开源程序OpenFOAM与DEM开源程序LIGGGHTS之间的双向耦合,实现基于颗粒细观的流-固耦合计算.通过砂堆和砂土渗流的模拟分别验证了所嵌入的滚动阻力模型的有效性及耦合模型的可行性.模拟结果表明,圆柱土体中向上渗流流速与水力梯度关系与经典的Ergun理论解接近;耦合模型中所引入的颗粒间滚动阻力模型能够很好地反映颗粒形状对砂堆形成休止角和土体堆积孔隙率的影响.

关键词：CFD、DEM、流固耦合、滚动阻力、固体颗粒、渗流

所属期刊栏目：38

分类号：TU441(土力学、地基基础工程)

资助基金：国家自然科学基金青年基金51409036;国家自然科学基金No.51179023. This work was supported by the Young Scholars of National Natural Science Foundation of China51409036;the National Natural Science Foundation of China51179023

在线出版日期：2017-07-18（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共10页

页码：1771-1780