一种颗粒粘附的研究方法计算机设备及可读存储介质与流程

1.本发明涉及计算机模拟技术领域，具体涉及一种颗粒粘附的研究方法计算机设备及可读存储介质。


背景技术：

2.在工业领域，风机、管道等设备在实际运行过程中，由于受到空气中悬浮颗粒物的影响，在流道、扇叶的壁面之上容易附着各种颗粒物。颗粒粘附是指颗粒物附着于界面或颗粒物之间相互附着的现象。产生这种附着主要是因为颗粒物与固体界面之间存在着力和能量。粘附力主要有范德华力、静电力和毛细作用力等。粘附有可能堆积和链式成长，从而造成流道形状的改变和堵塞，改变表面粗糙度，改变传热传质特性，影响动平衡，极大地影响了设备的正常工作，不利于设备的安全运行，影响实际工作效率及可靠性。而对于工业上来说，大型设备的维修更换通常费时费力，因此对于流道或叶片壁面上微小颗粒的粘附情况需要有准确的了解，并据此来采取相应的措施，根据实际工况研究及设计相关特定需求产品，避免不确定粘附情况而造成成本损失。有鉴于此，可准确模拟颗粒粘附的研究方法成为亟待解决的问题。


技术实现要素：

3.为解决前述问题，本发明提供了一种颗粒粘附的研究方法，可准确的对颗粒粘附情况进行模拟，通过控制不同工况得出相应的结果。
4.为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
5.一种颗粒粘附的研究方法，包括如下步骤：
6.步骤1：设置edem和fluent的耦合接口；
7.步骤2：在edem中设置颗粒信息，并导入流道模型，然后设置条件参数和模拟参数进行模拟；
8.步骤3：在fluent中导入三维模型，设置边界条件和计算模型，耦合后进行计算，最后导出颗粒信息。
9.可选的，所述步骤1包括如下子步骤：
10.检查环境变量，为fluent、msvs添加路径，新建lib变量和include变量并各添加两个路径，然后打开命令行，输入cl命令测试；
11.选择对应版本的耦合接口，复制到目标文件夹中。
12.可选的，所述步骤2包括如下子步骤：
13.在edem中检查长度单位和速度单位，查看environment设置区域及重力，查看boundary conditions设置第一周期性边界条件；
14.添加颗粒材料和壁面材料，设置颗粒之间的相互作用和颗粒与壁面材料之间的相互作用，在颗粒材料下添加颗粒；
15.添加模型，导入mesh文件，添加颗粒生成区域，设置尺寸，生成颗粒工厂，设置颗粒
的材料及初始速度，使用jkr模型表征颗粒凝并与壁面粘附；
16.开始模拟并制作曲线图，随后调整时间作为颗粒的初始状态用于风场模拟，打开生成的input.dem文件，更改区域大小并保存，开始耦合。
17.可选的，所述步骤3包括如下子步骤：
18.在fluent中导入mesh文件，查看scale，设置瞬态及重力，设置viscous k-epsilon模型，添加并设置流体区域的介质，设置第二周期性边界，导入速度文件，并设置入口速度和出口压力相关条件；
19.设置udf，在edem中选择lagrangian耦合方法，导入dem文件，耦合成功初始化，设置保存的时间步，计算，最后导出颗粒信息。
20.本发明具有如下有益效果：
21.本发明所提供的技术方案，解决了一些工业设备在运行过程中受到微小颗粒粘附但无法判断具体情况的问题，可准确地模拟出在诸如管道、叶片等壁面上受到微小颗粒粘附的情况，从而判断管道、叶片等设计的合理性，据此优化相关的结构设计，提升产品竞争力。同时也可据此进一步完善相关设备的性能参数，提高设备可靠性。
22.此外，本发明还提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一项所述的方法。
23.同时，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一项所述的方法。
24.本发明的这些特点和优点将会在下面的具体实施方式以及附图中进行详细的揭露。本发明最佳的实施方式或手段将结合附图来详尽表现，但并非是对本发明技术方案的限制。另外，在每个下文和附图中出现的这些特征、要素和组件是具有多个，并且为了表示方便而标记了不同的符号或数字，但均表示相同或相似构造或功能的部件。
附图说明
25.下面结合附图对本发明作进一步说明：
26.图1为本发明实施例中流道模型的示意图；
27.图2为本发明实施例的流程图；
28.图3为本发明实施例中0时刻颗粒堆积图；
29.图4为本发明实施例中计算结果的数据对比图。
具体实施方式
30.下面结合本发明实施例的附图对本发明实施例的技术方案进行解释和说明，但下述实施例仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其他实施例，都属于本发明的保护范围。
31.在本说明书中引用的“一个实施例”或“实例”或“例子”意指结合实施例本身描述的特定特征、结构或特性可被包括在本专利公开的至少一个实施例中。短语“在一个实施例中”在说明书中的各位置的出现不必都是指同一个实施例。
32.实施例：
33.本实施例提供了一种颗粒粘附的研究方法，可准确的对颗粒粘附情况进行模拟。
本实施例中，以长方体型流道，中间带有凹陷的模型为例进行说明，具体三维模型如图1所示。粘附的颗粒物类型为粉体颗粒和含湿物料，颗粒间因静电力和含湿水分等原因发生明显粘结和团聚，选用hertz-mindlin with jkr模型进行模拟计算。研究方法包括如下步骤，如图2所示：
34.步骤1：设置edem和fluent的耦合接口：
35.检查环境变量，具体路径与软件安装位置相关，有本领域技术人员根据实际路径与软件安装位置灵活进行选择，在此不再赘述。为fluent、msvs添加路径，新建lib变量和include变量并各添加两个路径，然后打开命令行，输入cl命令测试，，验证软件可正常使用。然后选择对应版本的耦合接口，复制到目标文件夹中，完成对使用软件的准备。
36.步骤2：在edem中设置颗粒信息，并导入流道模型，然后设置条件参数和模拟参数进行模拟：
37.首先在edem中检查长度单位和速度单位，长度单位为毫米，速度单位为m/s，查看environment设置区域及重力，查看boundary conditions设置第一周期性边界条件。
38.添加颗粒材料和壁面材料。本实施例中，颗粒材料命名为particle，壁面材料命名为geometry。设置颗粒之间的相互作用和颗粒与壁面材料之间的相互作用，包括恢复系数，静摩擦系数和滚动摩擦系数。本实施例中，颗粒与颗粒之间的三个系数为0.1、0.8、0.05；颗粒与装配材料之间的三个系数为0.5、0.5、0.01。然后在颗粒材料particle下添加颗粒，半径为6mm。
39.添加如图1所示的模型，导入mesh文件，添加颗粒生成区域，本实施例中颗粒生成区域的类型为virtual，设置中心的位置为400mm，50mm，150mm，尺寸为770mm，88mm，300mm，生成颗粒工厂，类型为static，总颗粒数为6000。设置颗粒材料particle及初始速度沿z轴0.5m/s，如图3所示，使用jkr模型表征颗粒凝并与壁面粘附，颗粒与颗粒之间的表面能为40j/m3，颗粒与装配材料之间的表面能为40j/m3。
40.设置模拟参数：时间步设置为0.0001s，总时间5s，数据保存时间间隔0.01s，cell尺寸2rmin，开始模拟并制作曲线图，查看速度是否稳定，随后调整时间，本实施例中，时间调整到0.3s，作为颗粒的初始状态用于风场模拟，打开生成的input.dem文件，更改区域大小并保存，开始耦合。
41.步骤3：在fluent中导入三维模型，设置边界条件和计算模型，耦合后进行计算，最后导出颗粒信息：
42.在fluent中导入mesh文件，查看scale，设置瞬态及重力，设置viscous k-epsilon模型，添加并设置流体区域的介质。本实施例中，流体区域介质为water-liquid。设置第二周期性边界，导入速度文件，并设置入口速度和出口压力相关条件。本实施例中，度入口湍流specification method设置为intensity and hydraulic diameter，turbulent intensity为2.9，hydraulic diameter为300。压力出口湍流specification method设置为intensity and hydraulic diameter，backflow turbulent intensity为2.9，backflow hydraulic diameter为300。
43.设置udf，在edem中选择lagrangian耦合方法，导入dem文件，耦合成功后初始化。初始化后设置保存的时间步。本实施例中，设置保存的时间步为十个时间步保存一次，计算cfd时间步为0.001s，计算2000步。计算结束后，通过edem导出颗粒信息。在本实例中，保持
颗粒与颗粒之间表面能和颗粒与壁面之间表面能不变，改变风速，上壁面的粘附颗粒数随之改变，之后，保持风速为8m/s不变，改变颗粒与壁面之间表面能，上壁面的粘附颗粒数也随之改变，相应的变化关系如图4所示。
44.本实施例所提供的技术方案，解决了一些工业设备在运行过程中受到微小颗粒粘附但无法判断具体情况的问题，可准确地模拟出在诸如管道、叶片等壁面上受到微小颗粒粘附的情况，从而判断管道、叶片等设计的合理性，据此优化相关的结构设计，提升产品竞争力。同时也可据此进一步完善相关设备的性能参数，提高设备可靠性。
45.与此同时，本实施例提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现如上的任意实施例中的方法。本领域普通技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成。据此，的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可实现上述任意一项实施例的方法。其中，本技术所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(rom)、可编程rom(prom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除可编程rom(eeprom)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(ram)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，诸如静态ram(sram)、动态ram(dram)、同步dram(sdram)、双数据率sdram(ddrsdram)、增强型sdram(esdram)、同步链路(synchlink)dram(sldram)、存储器总线(rambus)直接ram(rdram)、直接存储器总线动态ram(drdram)以及存储器总线动态ram(rdram)等。
46.以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。