在多相流顆粒分離研究領(lǐng)域，精確模擬顆粒運動行為一直是技術(shù)攻關(guān)的核心難題。兩段錐形水力旋流器作為關(guān)鍵分離設(shè)備，其底流管直徑與入口速度對分離性能的影響機制復(fù)雜，亟需高精度模擬技術(shù)予以揭示?；诖?，團隊創(chuàng)新開發(fā)氣-液-固三相湍流模擬方法（VOF - RSM - DEM），其中自主研發(fā)的 DEMms 軟件，憑借獨特的算法架構(gòu)與模擬能力，成為攻克該難題的核心技術(shù)支撐。

創(chuàng)新算法架構(gòu)，實現(xiàn)顆粒運動精準建模

DEMms 軟件基于離散元法構(gòu)建核心算法體系，深度融合牛頓第二定律與歐拉第二運動定律，為顆粒的平移與旋轉(zhuǎn)運動提供精確的動力學描述。在顆粒與流體、顆粒與顆粒及壁面的交互過程中，軟件通過多物理場耦合算法，實現(xiàn)對曳力、升力、碰撞力等復(fù)雜作用力的實時計算。

值得一提的是，軟件引入的隨機跟蹤模型，采用拉格朗日隨機軌道理論，能夠準確捕捉瞬時湍流速度脈動對顆粒軌跡的影響，使模擬結(jié)果與實際工況的吻合度大幅提升。通過這種精細化的算法設(shè)計，DEMms 軟件成功將顆粒運動模擬精度提升至新高度。

嚴謹驗證流程，確保模擬結(jié)果可靠性

為驗證 DEMms 軟件在三相湍流模擬體系中的有效性，研究團隊開展了系統(tǒng)性驗證工作。

以標準旋流器為研究對象，通過網(wǎng)格無關(guān)性驗證，確定了最優(yōu)網(wǎng)格劃分方案，有效避免因網(wǎng)格誤差導(dǎo)致的模擬偏差。在與實驗數(shù)據(jù)的對比中，軟件模擬的切向速度、軸向速度與實際測量值呈現(xiàn)高度一致性，壓降和液體分流比的相對誤差控制在工程可接受范圍內(nèi)，分離效率曲線的擬合度也達到理想水平。

這種從算法設(shè)計到模擬驗證的全流程技術(shù)把控，充分證明了 DEMms 軟件在水力旋流器流體動力學行為及分離性能模擬方面的可靠性與準確性。

深度應(yīng)用剖析，挖掘分離性能關(guān)鍵規(guī)律

依托 DEMms 軟件構(gòu)建的高精度模擬體系，研究人員對兩段錐形水力旋流器展開深入研究。在流場特性分析中，軟件能夠精細解析不同入口速度和底流管直徑工況下，切向速度分布的衰減規(guī)律、軸向速度的螺旋形態(tài)演變，以及氣核直徑的動態(tài)變化過程。在分離性能研究方面，通過對大量顆粒運動軌跡的統(tǒng)計分析，精確繪制分離效率曲線，量化切割尺寸與可能偏差等關(guān)鍵參數(shù)。

研究發(fā)現(xiàn)，底流管直徑與進料流速之間存在顯著的交互影響效應(yīng)，這一重要結(jié)論正是基于 DEMms 軟件對顆粒運動的高精度模擬與數(shù)據(jù)分析得出。

?技術(shù)拓展前景，賦能多領(lǐng)域研究創(chuàng)新

當前研究成果僅是DEMms軟件技術(shù)應(yīng)用的開端。隨著VOF - RSM - DEM 雙向耦合數(shù)值方法的持續(xù)優(yōu)化，軟件將在更復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)與操作參數(shù)的水力旋流器研究中發(fā)揮重要作用。其技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域也將不斷拓展。

在礦物加工中的細顆粒分級、煤炭開采中的固液分離、生物技術(shù)中的細胞分選，以及環(huán)境工程中的污染物去除等場景，DEMms 軟件的高精度模擬能力有望為相關(guān)研究與工程實踐提供全新的技術(shù)思路與解決方案。

積鼎離散元多尺度模擬軟件DEMms

• 由中科院過程所開發(fā)，投入工程應(yīng)用十余年，完成工業(yè)級項目近100項

• 可處理非球形和變形等復(fù)雜顆粒，以及多相傳遞反應(yīng)耦合等復(fù)雜過程

• 可實現(xiàn)萬核以上大規(guī)模異構(gòu)并行計算，計算顆粒數(shù)可超十億級，對應(yīng)的物理顆粒數(shù)超萬億級

• 計算規(guī)模與并行效率顯著高于同類型主流商業(yè)軟件，具備長時間或準實時模擬多相流工業(yè)設(shè)備的能力