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通过并行CFD-DEM建模对圆形管道周围气-固流动的结垢、腐蚀及形态预测的联合模拟
Co-simulating fouling, erosion of gas-particle flow and morphologies predictions around circular tube via parallel CFD–DEM modeling
1. 主要摘要
本文提出了一种基于并行计算流体动力学（CFD）与离散元法（DEM）结合的模型，能够同时模拟气固流动过程中颗粒对圆形管道的结垢、腐蚀及其形态变化。通过颗粒碰撞模型建立了颗粒粘附和腐蚀的子模型，结果表明，低速细小颗粒尽管撞击效率低，但其沉积量仍较大。腐蚀速率与颗粒尺寸的3.4次方及颗粒速度的2.7次方成正比。该模型经过实验验证，能够有效预测工业条件下结垢和腐蚀的行为。
2. 引言
固体颗粒对工业设备造成的结垢和腐蚀问题长期以来困扰着工业设计。以换热器管道为例，气固流动中的颗粒撞击会在不同速度和粒径下导致局部结垢和腐蚀，同时影响设备的运行效率和安全。然而，现有的研究大多单独模拟结垢或腐蚀，未能同时考虑两者的耦合效应。本文的目标是开发一种CFD-DEM并行模拟方法，既能够预测气固流动中颗粒的结垢行为，又能够分析腐蚀过程及其形态变化，从而为工业设备的设计提供参考。
3. 主要内容
4. 主要结论
1. 提出的CFD-DEM并行模拟方法能够同时模拟颗粒的结垢与腐蚀行为，预测结果经过实验验证。
2. 结垢与腐蚀的形态变化可以通过颗粒粘附模型和动态网格技术进行准确描述。
3. 颗粒尺寸和速度是影响腐蚀速率和沉积量的主要因素。
4. 该模型可应用于热交换器等工业设备的设计和优化，减少结垢与腐蚀带来的损害，提高设备运行效率。(1-s2.0-S001623612100340…)
5. 主要结果图
6. 参考文献
一区TOP期刊《Energy》— CFD-DEM模拟分析水力压裂工程中的两相流动问题
一区TOP期刊《Energy》—采用离散元方法（DEM）研究不同水合物习性下含水合物沉积物的力学行为
一区TOP期刊《Energy》—DEM-CFD模拟天然气水合物（NGH）储层的渗透率各向异性及其在不同有效应力下的演变机制
一区TOP期刊《Chemical Engineering Journal 》—COMSOL模拟煤泥微波加热过程
一区TOP期刊《Energy》—中央分级旋流燃烧器中一氧化碳（CO）形成特性的数值研究
一区TOP期刊《Energy》—CFD-DEM耦合模拟颗粒高速自旋和热传递的规律
一区TOP期刊《Energy》—ANSYS与COMSOL电磁-热耦合模型对比分析
一区TOP期刊《Computers and Geotechnics》— 三维耦合MPM模拟隧道面在水力-机械作用下的坍塌机制
一区TOP期刊《Energy》— COMSOL模拟考虑沉积压缩效应的天然气水合物降压开采储层物理和力学特性的演变
一区TOP期刊《Energy》— VOF-DEM耦合模拟气-液-固多相流混合过程中的传质
一区TOP期刊《Energy》— CFD-DEM模拟颗粒在页岩孔隙中堵塞问题
一区TOP期刊《Energy》— 高剪切流动的 CFD-DEM 数值模拟方法
一区TOP期刊《Energy》— 超临界 CO2热泵系统扁管气体冷却器结构分析与优化
