颗粒解析的复杂液固两相流模拟研究

发布时间：2020-12-25 17:02

　　颗粒流体两相流是一类典型的复杂多相系统,其中气固系统因其流体力学不稳定性呈现显著的多尺度动态非均匀结构,已引起广泛关注。而液固系统通常呈现较为均匀的结构,其复杂性更多体现在颗粒间存在较强的相互作用时形成的聚团,但相关研究还相当薄弱。本论文以聚乙烯（polyethylene,PE）颗粒—烷烃液固系统为例,力图分析液固系统在不同尺度的复杂性:微尺度上颗粒表面的复杂性;介尺度上聚团的生长、聚并、破碎等过程;以及宏尺度上颗粒流体非均匀结构对整体流动的影响。为此,需要在不同尺度上发展不同的基于颗粒解析（particle-resolved）的模拟方法进行更准确快速的数值模拟,从而形成全面的液固两相流模拟能力。本论文分别采用三种不同尺度的基于颗粒解析的模拟方法——颗粒离散元方法（discrete element method,DEM）、直接数值模拟（direct numerical simulation,DNS）和离散颗粒模型（discrete particle model,DPM）研究了PE颗粒—烷烃液固系统,并使用基于三种高性能计算设备——中央处理器（central processing uni... 

【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所)北京市

【文章页数】：159 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．１?ＣＰＵ、ＭＩＣ和ＧＰＵ的结构示意图［丨４１］??１４１

？?？??Ｌａｔｔｉｃｅ－ｂａｓｅｄ?Ｍａｃ＾ｎ〇ｒｅ?ＧＰＵ??图１．２颗粒流体系统中的三类算法Ｉ１４”??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｔｈｒｅｅ?ｃａｔｅｇｏｒｉｅｓ?ｏｆ?ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ?ｉｎ?ｔｈｅ?ｐａｒｔｉｃｌｅ－ｆｌｕｉｄ?ｓｙｓｔｅｍ［１４２】??以两相流ＬＢＭ－ＤＥＭ耦合的ＤＮＳ模拟中的应用为例，ＣＰＵ＋ＭＩＣ＋ＧＰＵ异构??并行计算可以根据１．３．１节中总结的三种硬件的特点合理的分配计算任务：ＣＰＵ??负责宏尺度上的任务调度、区域分割、通讯等计算；ＭＩＣ负责介尺度上包含有接??触判断等简单逻辑运算的颗粒更新，即ＤＥＭ计算；ＧＰＵ负责微尺度上仅有大量??浮点运算的网格更新，即ＬＢＭ计算。如图１．３所示，这种ＣＰＵ＋ＭＩＣ＋ＧＰＵ多尺??度并行计算在不同尺度上的计算任务设计，可与两相流ＤＮＳ中三个尺度模拟对??象及其算法特点一一对应，体现了物理、模型、算法、软件和硬件的一致性。??Ｓｙｓｔｅｍ?Ｍｏｄｅｌ?Ｓｏｆｔｗａｒｅ?Ｈａｒｄｗａｒｅ??ｇｌｏｂａｌ?ｉｔｅｒａｔｉｏｎ，?Ｉ－￣??ｃｌｕｓ，ｅｒ?ｏｒａｔｉｏｎ?ｃｏｎｔｒｏｌｔ?＾?ＣＰＵ?＜－？??ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ??

＞＊＋！?－?Ｍ，＋ｉ??方程中定义〇／〇＝〇，而由一组［０，１］区间的非降的节点Ｍ，组成的ｔ／就是节点矢量。??图２．１展示由ＮＵＲＢＳ参数构造一个封闭的二维ＮＵＲＢＳ曲线的示意图。??ｐ２?／?＼??ｙ?Ｖ??ｈ?ｐ５、、＼＾??Ｗ３＾Ｐｌ?Ｔ＞?Ｐ６??ｙｆ?？?Ｋｎｏｔ??？?Ｃｏｎｔｒｏｌ?Ｐｏｉｎｔ??Ｐｇ??图２．１?ＮＵＲＢＳ构造二维封闭曲线示意图??？＝１０：?１１个控制点；９个节点；ｐ＝３??Ｆｉｇｕｒｅ?２．１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ａ?ｃｌｏｓｅ?ＮＵＲＢＳ?ｃｕｒｖｅ??／ｉ＝１０；?１１?ｃｏｎｔｒｏｌ?ｐｏｉｎｔｓ；?９?ｋｎｏｔ?ｐｏｉｎｔｓ；?ｐ＝３ｒｄ??三维ＮＵＲＢＳ曲面的定义如下＿??１８??

【参考文献】：
期刊论文
[1]An introduction to CPU and DSP design in China[J]. Weiwu HU,Yifu ZHANG,Jie FU.  Science China(Information Sciences). 2016(01)
[2]全密度聚乙烯生产工艺现状[J]. 殷喜丰,李春梅,范娟娟,丁万友.  化工生产与技术. 2009(02)

硕士论文
[1]颗粒流体两相流的CFD-DEM数值模拟与实验研究[D]. 鲁润润.中国石油大学（北京） 2017



本文编号：2938052