基于CFD-DEM耦合的顆粒在螺旋溜槽中的運(yùn)動(dòng)行為模擬研究

本項(xiàng)目首先采用k-ε湍流模型和VOF多相流模型對螺旋溜槽流場進(jìn)行數(shù)值模擬，查明了其流場分布特征以及螺距和給礦流量對流場參數(shù)的影響，繼而在流場模擬的基礎(chǔ)上，通過離散相耦合等方法模擬了固體顆粒在螺旋溜槽中的運(yùn)動(dòng)行為，并探討了螺距、給礦條件和顆粒性質(zhì)對顆粒分選行為的影響規(guī)律。為了檢驗(yàn)數(shù)值模擬結(jié)果的可靠性和精確度，借助于流場實(shí)測結(jié)果和純礦物分離結(jié)果對數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。研究結(jié)果表明，螺旋溜槽中的水相流速呈明顯的條帶狀分布，其速度值沿槽深方向逐漸升高；湍動(dòng)能在徑向上以類似于橢圓環(huán)狀分布，外緣的紊流度從上至下逐漸升高；在相同的流場條件下，顆粒運(yùn)動(dòng)速度極值與其密度大小呈負(fù)相關(guān)；螺距增大后，水層厚度不變，而水相流速和湍動(dòng)能相應(yīng)增加，顆粒運(yùn)動(dòng)速度也明顯增加，有利于加速粒群的分帶和分選；給礦流量對水層厚度、流速和湍動(dòng)能的大小均具有明顯影響，但對它們的分布特征影響較小，而顆粒運(yùn)動(dòng)的隨機(jī)性與該因素呈正相關(guān)，即流量增大會導(dǎo)致粒群分帶延遲，不利于分選；數(shù)值模擬不僅可以準(zhǔn)確描述參數(shù)的定性影響規(guī)律，還可以獲得定量的產(chǎn)率指標(biāo)，且預(yù)測指標(biāo)與實(shí)際指標(biāo)吻合良好，因此數(shù)值模擬手段具有很高的可靠性和精確性。項(xiàng)目研究結(jié)果為深入開展礦物分選數(shù)值試驗(yàn)奠定了良好基礎(chǔ)，為進(jìn)一步降低選礦試驗(yàn)成本和研發(fā)周期創(chuàng)造了有利條件。另外，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)施所形成的研究策略、流場測速系統(tǒng)等也為相似研究提供了參考。迄今，在學(xué)術(shù)期刊和國際學(xué)術(shù)會議上發(fā)表學(xué)術(shù)論文8篇。 2100433B

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)值算法的不斷發(fā)展，通過數(shù)值模擬手段研究礦物分選過程逐漸成為礦物加工領(lǐng)域的重要研究方向。本研究應(yīng)用計(jì)算流體力學(xué)（CFD）和離散元（DEM）耦合的數(shù)值模擬方法，從微觀角度對顆粒在螺旋溜槽中的運(yùn)動(dòng)行為進(jìn)行模擬研究，探討其在螺旋溜槽分選空間的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其影響因素，建立螺旋溜槽分選數(shù)值模型，并通過顆粒分離試驗(yàn)結(jié)果對分選數(shù)值模型進(jìn)行驗(yàn)證，在此基礎(chǔ)上借助于數(shù)值模擬二次開發(fā)對模擬過程及分選數(shù)值模型進(jìn)行優(yōu)化控制，以提高模擬研究的可靠性和精確度。本研究旨在推進(jìn)礦物分選從以常規(guī)條件試驗(yàn)研究為主向以數(shù)值試驗(yàn)研究為主甚至虛擬現(xiàn)實(shí)轉(zhuǎn)變，改變某些變量對分選過程的影響僅限于定性分析的狀況，為對其進(jìn)行定量描述創(chuàng)造條件。研究將圍繞螺旋溜槽流場數(shù)值模擬、顆粒運(yùn)動(dòng)行為數(shù)值模擬及分選數(shù)值模型的驗(yàn)證與優(yōu)化逐步展開，著重探討不同變量對顆粒運(yùn)動(dòng)行為的協(xié)同作用，為更好地發(fā)揮復(fù)合力場分選的獨(dú)特優(yōu)勢奠定基礎(chǔ)。

與標(biāo)準(zhǔn)微帶一樣，由于耦合微帶線中的介質(zhì)是由基片和空氣構(gòu)成的混合介質(zhì)，故耦合微帶線中不存在純的TEM波，但因其縱向電場分量很小，可以看成準(zhǔn)TEM波，即耦合微帶線傳輸波的主模是準(zhǔn)TEM波。

隧道工程是復(fù)雜地質(zhì)系統(tǒng)中的工程，多場耦合問題是地質(zhì)系統(tǒng)中普遍存在的前沿課題，尤其是在水下隧道和寒區(qū)隧道工程中。多場耦合分析已成為隧道工程的重要分析方法，全書以具體工程事例為對象，重點(diǎn)介紹多場耦合分析在隧道工程的應(yīng)用問題。全書共分為三篇：第一篇介紹了隧道工程中耦合問題的發(fā)展與現(xiàn)狀以及多場耦合分析的理論基礎(chǔ)；第二篇介紹了越江、海等水下隧道中的水壓問題、液固雙場耦合分析及水下盾構(gòu)隧道的施工控制問題等；第三篇介紹了寒區(qū)隧道中的凍害問題、熱液固多場耦合分析以及在寒區(qū)隧道抗防凍方面的應(yīng)用等。

《多場耦合分析在隧道工程中的應(yīng)用》可供從事隧道建設(shè)的科技人員使用，也可作為高等院校隧道及相關(guān)專業(yè)師生的參考書。

本課題按時(shí)完成了項(xiàng)目申請書/計(jì)劃書擬定的各項(xiàng)任務(wù)計(jì)劃，整體完成情況良好，成果顯著。 本課題提出了建筑中人行為模擬研究的總體技術(shù)框架，建立了人員移動(dòng)模型和控制動(dòng)作模型，開發(fā)了相關(guān)的人行為模擬軟件?；谠撃Ｐ吞岢鲆惶兹诵袨檎{(diào)查測試方法，初步建立起人行為信息數(shù)據(jù)庫。嘗試將人行為模型應(yīng)用于實(shí)際工程問題分析。依托人行為研究，還展開了豐富的國際合作。本課題的主要成果包括： 1.明確了人行為模擬研究的范疇與技術(shù)路線，這部分工作是本課題全部研究內(nèi)容的基礎(chǔ)指導(dǎo)框架，研究結(jié)果表明，這一框架在實(shí)踐中是十分有效的。 2.建立了人員移動(dòng)模型和控制動(dòng)作模型，它們綜合了既有文獻(xiàn)中各類人行為模型的優(yōu)點(diǎn)，能有效反映人行為的真實(shí)特征，并且參數(shù)意義簡單直觀。 3.提出了人行為與建筑能耗計(jì)算軟件的集成模擬方法，目前已完成人員移動(dòng)模擬軟件的開發(fā)。 4.提出了人行為模式的分類量表，完成了大量案例測試和問卷調(diào)研，建立起人行為信息數(shù)據(jù)庫。 5.圍繞人行為研究展開了大量的國際合作，研究方法和技術(shù)路線得到國內(nèi)外學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注與充分肯定。 以上工作為后續(xù)深入研究奠定了良好基礎(chǔ)。本項(xiàng)目成果顯著，依托本項(xiàng)目已在建筑科學(xué)和建筑模擬領(lǐng)域國際SCI期刊論文2篇，國內(nèi)核心期刊2篇，在國際會議上宣講論文3篇，在國內(nèi)會議上宣講論文2篇。其中有2篇論文分別獲得該SCI期刊2011和2012年度最佳論文，1篇論文獲得2012年全國暖通空調(diào)制冷年會青年優(yōu)秀論文。另外，登記軟件著作權(quán)1項(xiàng)。 在本課題研究工作的基礎(chǔ)上，燕達(dá)副教授作為發(fā)起人和主持人，成功申請到IEA/EBC Annex 66國際合作項(xiàng)目“Definition and Simulation of Occupant Behavior in Buildings”，不僅擴(kuò)大了國際影響力，也保證了相關(guān)研究的持續(xù)進(jìn)行。 2100433B