非球形颗粒输运混合传热过程复杂多相作用机理的研究

The conveying, mixing and heat transfer are widely encountered in pneumatic conveying, fluidization, gas-particle mixing and separation processes, and have important scientific research values and broad industrial application backgrounds. This project aims at building and utilizing the TDEM-DNS coupled method to study the processes of conveying, mixing and heat transfer of non-spherical particles. The emphases includes the development of gas-particle interaction and coupling algorithm, particle-particle/wall adaptive collision and heat transfer models, TDEM-DNS coupled methods for non-spherical particles, and exploration of the characteristics of drag forces and clustering of non-spherical particles, the mechanics of conveying/mixing/heat transfers of non-spherical particles. The outcomes can improve the understanding of the mechanisms of conveying, mixing and heat transfer processes of non-spherical particles, extend the mathematical modeling basis and simulation data for non-spherical particles, and provide the foundation for developing commercial software and supervising the industrial design and applications of relevant processes.

非球形颗粒的输运、混合及传热过程在气力输运、流态化、气固混合和分离等工业过程中经常遇到，具有重要的科学研究价值和广泛的工业应用背景。本项目拟建立并采用TDEM-DNS耦合的数值模拟方法，对典型的非球形颗粒输运、混合和传热过程进行深入地基础研究，研究重点包括开发非球形颗粒的气固两相作用及耦合直接模拟算法、非球形颗粒-颗粒/壁面碰撞及传热的多适应性算法、非球形颗粒TDEM-DNS多重耦合算法，揭示非球形颗粒及颗粒群的阻力特性及两相传热特性、典型非球形颗粒的混合、输运、传热等重要过程的特性、机理及影响因素。项目的研究结果将增进对非球形颗粒的输运、混合和传热等紧密相关的重要工业过程中的机理性问题的认识，扩展非球形颗粒相关数学理论模型及基础数据，为建立并发展相应的工业计算软件打下理论基础，为指导相关的工业设计及应用问题提供重要的技术支撑。

本项目针对非球形颗粒在输运混合传热过程中的复杂多相作用机理展开研究，独立提出并建立了一般硬质颗粒碰撞模型(GHPM)、软单元嵌入拟硬质颗粒模型(SIPHPM)、EHPM-DEM耦合模型三种分别适用于稀疏、稠密及过渡非球形颗粒流的碰撞模型，独立提出并建立了颗粒床颗粒高温辐射的短程、长程、微表面、亚颗粒辐射模型，建立了基于守恒型空隙率分布函数SVFM的光滑空隙率DEM-CFD两相耦合方法，改进了LBM方法的在高两相密度比高Re数下的数值稳定性及给出了力源项的四阶分析，并将上述算法应用于对球床、料床、滚筒内颗粒作用、流动过程、球床的装料、球床的布置、流动不均匀性、高温辐射及两相对流传热特性的模拟分析，并与实验结果进行比较，验证了模型的适用性与稳定性，形成了高温气冷堆球床堆芯计算的完整体系模型，为高温气冷堆的进一步芯优化发展提供了方向。项目总共发表SCI检索学术论文46篇，EI等中文论文4篇。