王利民
- 作品数：33 被引量：79H指数：6
- 供职机构：中国科学院过程工程研究所更多>>
- 发文基金：国家自然科学基金国家重点基础研究发展计划中国科学院战略性先导科技专项更多>>
- 相关领域：化学工程理学冶金工程自动化与计算机技术更多>>
- 基于Boltzmann方程的颗粒流体系统大规模直接数值模拟
- 葛蔚王利民
- 复杂边界模拟中初始条件的实现方法被引量：2
- 2007年
- 提出一种新颖的生成初始粒子信息方法,介绍了从图像直接生成初始粒子分布的过程,利用Matlab和C++程序实现了复杂几何形状区域上初始粒子的生成,为粒子方法模拟复杂边界的多相流体系及流动、传递和反应相耦合的过程提供了有效支持。通过模拟肺呼吸的粒子初始化的实验表明,利用该方法能方便、准确地生成复杂的二维几何边界的初始粒子分布。
- 王利民葛蔚
- 关键词：计算机模拟
- 一种改进的浸入运动边界算法
- 2023年
- 浸入运动边界是数值处理流固耦合作用的主要方法之一,其原始权重函数根据经验确定且形式固定,难以准确地定量描述复杂的流固现象。本文提出了一种新的权重函数对格子Boltzmann方法框架下的浸入运动边界进行修正,通过假定零固含率处的权重因子多阶导数为0,引入可调参数b增强权重函数对固含率的关联,实现了对固体边界渗透性能的改进。对静止圆柱绕流、Taylor-Couette流和振动圆柱绕流3个算例开展数值实验,结果表明:随着雷诺数的增加,原始权重函数预测的升阻力系数均高于文献结果,严重低估了边界处流体组分的作用;当新权重函数中的参数b为3时,改进的浸入运动边界效果最佳;新权重函数增强了固体边界的渗透率,提高了流场的预测精度,使平均误差降低了38.5%;最后,运用新权重函数成功地复现了振动圆柱绕流的锁频现象,表明改进的浸入运动边界在处理复杂的流固耦合问题方面具有广阔的应用前景。
- 付少童贾龙菲王利民
- 关键词：权重函数流固耦合格子BOLTZMANN方法圆柱绕流
- 稀土浸出过程溶质传递的格子Boltzmann模拟被引量：5
- 2014年
- 采用耦合传质的格子Boltzmann方法模拟风化壳淋积型稀土矿中稀土浸出的溶质传递过程,在验证模型有效性的前提下,获得了稀土矿填充孔隙中流体流动的速度分布和伴随流动过程的溶质浓度分布.通过考察浸取流速对溶质传递过程的影响,得到最佳浸取流速,约为0.25～0.35 mm/s,使溶质传递效率最高.浸取流速小于0.2 mm/s导致浸取周期过长、浸取剂消耗量大;浸取流速大于0.4 mm/s引起沟流,导致稀土不能有效地浸出.此外,模拟所得传质舍伍德数Sh随雷诺数Re的变化关系与经验关系式吻合,表明提出的模型可用于预测稀土浸出过程的溶质传递规律.
- 吴承优邱廷省王利民
- 关键词：稀土浸出格子BOLTZMANN方法
- 多粒径颗粒并罐装料偏析行为的离散单元模拟被引量：3
- 2015年
- 针对某高炉多粒径颗粒并罐装料过程中料罐内颗粒存在的粒度偏析现象,采用离散单元法(DEM)对其装料行为进行了数值模拟研究。数值结果表明:由于并罐式无料钟装料装置的特殊结构导致了左右料罐内存在不同的颗粒粒度偏析。其中,左罐中自左至右呈现出大、小、小、大的颗粒粒度偏析分布,而右罐中自左至右呈现出小、小、大、大的颗粒粒度偏析分布,且两料罐中料堆堆尖处都呈现小颗粒分布居多,大颗粒分布较少的偏析现象,模拟结果与文献报道装料结果十分吻合。最后,进一步分析了不同区域内的相对平均粒径及偏析指数分布。
- 吴紧钢邱廷省邱小平王利民
- 关键词：离散单元法装料偏析
- 槽流拟颗粒模型的并行算法被引量：2
- 2005年
- 将流体处理为离散粒子,应用拟颗粒硬球模型来研究槽流中的流动现象,与分子动力学模拟的算法类似,是研究槽流机理的一种行之有效的方法。为了作大规模的模拟,本文采用区域分解算法和消息传递编程模型技术,将该模型串行程序并行化,应用一维划分、单相传递的方法简化了并行算法,采用轮换搜索法来避免硬球碰撞次序对结果的影响。在可扩展的机群系统上用实例计算,通过与串行程序的对比,验证了并行程序的正确性,表明本文设计的并行算法取得了较高的并行计算效率。
- 易锋郭力王利民王小伟葛蔚
- 关键词：并行计算
- 运动颗粒对传质过程影响的格子Boltzmann模拟被引量：4
- 2021年
- 颗粒的主动运动对传质过程有重要影响。以表面恒浓度的二维球形颗粒为研究对象,采用耦合传质的格子Boltzmann方法(LBM)模拟了颗粒在自旋和振动两种情况下的相间传质过程。选择浸入运动边界法和非平衡态外推法处理运动颗粒边界,研究了颗粒自旋速度、颗粒振幅及振动频率对传质过程的影响。结果表明,中等雷诺数的自旋颗粒绕流中,随着颗粒自旋转速增大,颗粒的传质舍尔伍德数反而降低,表明在强制对流的情况下,颗粒自旋减弱颗粒的传质效果。当颗粒振动时,颗粒振幅越大,传质舍尔伍德数增大;当颗粒振动频率造成锁定现象时,颗粒流体相间传质效果显著增强。本工作的数值结果不仅表明格子Boltzmann方法可以有效模拟强制对流传质的过程,也为强化传质提供了一种思路。
- 贺睿乔崇智王利民赵双良
- 关键词：格子BOLTZMANN方法
- 气固两相流介尺度LBM-DEM模型被引量：12
- 2015年
- LBM-DEM耦合方法通常是指一种颗粒流体系统直接数值模拟算法,即是一种不引入经验曳力模型的计算方法,颗粒尺寸通常比计算网格的长度大一个量级,颗粒的受力通过表面的粘性力与压力积分获得,其优点是能描述每个颗粒周围的详细流场,产生详细的颗粒-流体相互作用的动力学信息,可以探索颗粒流体界面的流动、传递和反应的详细信息及两相相互作用的本构关系,但其缺点是计算量巨大,无法应用于真实流化床过程模拟。本文针对气固流化床中的流体以及固体颗粒间的多相流体力学行为,建立了一种稠密气固两相流的介尺度LBMDEM模型,即LBM-DEM耦合的离散颗粒模型,实现在颗粒尺度上流化床的快速离散模拟。该耦合模型采用格子玻尔兹曼方法(LBM)描述气相的流动和传递行为,离散单元法(DEM)用于描述颗粒相的运动,并利用能量最小多尺度(EMMS)曳力解决气固耦合不成熟问题,以提高其模拟精度。通过经典快速流态化的模拟,验证了介尺度LBM-DEM耦合模型的有效性。模拟结果表明介尺度LBM-DEM模型是一种探索实验室规模气固系统的有力手段。
- 王利民邱小平李静海
- 关键词：格子玻尔兹曼方法离散单元法曳力
- 复杂流动与流体行为的拟颗粒模拟被引量：2
- 2007年
- 复杂流动和流体行为中的多尺度结构对化学工程的理论和应用研究都是巨大的挑战。多尺度的粒子模拟是处理复杂界面、物性以及连续介质模型难以适用的纳微和极端条件下流动的有力手段之一。本文将重点介绍本实验室近年来以拟颗粒模拟为基础的微观粒子模拟研究及其在流态化和纳微流动中的应用,并在此基础上探索离散模拟通用化的可行性。
- 王利民葛蔚陈飞国侯超峰卢健新张家元
- 关键词：化学工程
- 基于多GPU并行格子Boltzmann方法的方管湍流模拟被引量：1
- 2022年
- 采用CUDA(Compute Unified Device Architecture)和MPI(Message-Passing-Interface)在超级计算机Mole-8.5E上实现了格子Boltzmann方法(LBM)多GPU并行算法,通过三维顶盖驱动方腔流算例验证了多GPU并行LBM算法的准确性和有效性,利用该并行算法分别对雷诺数Re_(τ)为300,600,1200下的充分发展的方管湍流进行了大规模模拟。研究发现,当计算网格尺寸小于黏性底层厚度(即Δ^(+)<5)时,在壁面附近的相关传递特性统计误差较小,预测精度满足工程应用范围;Re_(τ)为300,600时,不同网格尺寸Δ^(+)下的模拟结果表明LBM在方管流中心湍流特性统计具有网格弱相关性,Re_(τ)为600时,与DNS(Direct Numerical Simulation)相比,Δ^(+)=1.667,3.750,6.250时平均流向速度的平均误差分别是1.357%,2.994%和4.766%;Re_(τ)分别为300,600和1200时,对应网格尺寸Δ^(+)分别为0.833,1.667和3.333时的方管湍流模拟中,成功捕捉到了二次流特性,预测得到的中心面流向速度、脉动均方根速度等的规律与文献基本吻合,进一步验证了单松弛LBM的可靠性,相关计算结果也为理解高Re_(τ)下的方管湍流特性提供了参考。方管湍流的模拟验证了单松弛LBM多GPU并行算法在超大规模网格计算中的潜力,为进一步实现实际工程流动所需更大规模的数值模拟奠定了基础。
- 胡涛向星葛蔚葛蔚
- 关键词：格子BOLTZMANN方法计算流体力学数值模拟
