Wykorzystanie modelu DEM do symulacji oddziaływań międzycząsteczkowych

• Autorzy: Widuch Agata

Warianty tytułu

EN

Application of DEM approach for predicting particles interactions

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Modele komputerowe coraz częściej znajdują zastosowanie w bardzo wielu gałęziach przemysłu, szczególnie do modelowania złożonych zjawisk cieplno-przepływowych. Jednym z przykładów może być energetyka zawodowa, gdzie modele komputerowe wykorzystywane są do optymalizacji procesu konwersji energii chemicznej paliwa w ciepło użyteczne wykorzystując kotły pyłowe oraz fluidalne. Obecnie szczególnym zainteresowaniem cieszy się ta druga grupa dzięki ich dużej sprawności, małej wrażliwości na jakość spalanego paliwa, oraz możliwości łatwej redukcji NOx, a także wychwytu SOx. W celu zamodelowania silnych odziaływań międzycząsteczkowych zachodzących w warstwie fluidyzującego materiału konieczne jest stosowanie odpowiednich modeli wielofazowych. Do modelowania przepływu wielofazowego może być stosowana metoda Eulera, hybrydowy model Euler-Lagrange oraz modele bazujące na metodzie elementów dyskretnych (ang. Discrete Element Method – DEM). Podejście DEM, w porównaniu ze wspomnianymi dwoma technikami obliczeniowymi pozwala na fizyczne uwzględnienie oddziaływań międzycząsteczkowych [1], umożliwia modelowanie pękania czy aglomeracji ziaren. Technika DEM jest alternatywą dla metod opartych na koncepcji ciągłości ośrodka, dająca możliwość odwzorowania bezpośrednich interakcji między cząstkami. W porównaniu z metodą Eulera, podejście DEM nie jest zbyt popularne w przypadku jego stosowania do modelowania procesu fluidyzacji. W prezentowanej pracy sprawdzono możliwość wykorzystania modelu DEM do modelowania oddziaływań międzycząsteczkowych na poziomie ziarnowym.

EN

The applications of numerical techniques for modeling of various industrial processes are getting very popular. One of the examples can be found in energy sector where advanced numerical models are often applied for optimization of the fuel chemical energy conversion processes into the useful form of energy. This process generally occurs within pulverized or fluidized coal boilers. Over the years, the popularity of the second boiler group constantly increased, mainly due to the reason that they are less sensitive to fuel quality and ensure high conversion of fuel into heat. Nevertheless, it is not a trivial task to simulate all interaction between particles, which occur during fluidization process. The fluidization process in nature is very complex and requires a specific approach. Multiphase flow can be simulated using Euler-Euler, hybrid Euler-Lagrange approaches or using the Discrete Element Method (DEM). The DEM approach contrary to both earlier mentioned techniques takes into account impact of material properties on the particles collision process. The DEM approach compared to the Euler-Euler technique has not been well tested yet for modelling fluidization process. In the present work the strength and weakness of the DEM model has been tested using simple test looking on collision of individual or groups of particles.

Słowa kluczowe

PL

CFD; DEM; cząsteczka; współczynnik tarcia

EN

CFD; DEM; particle-particle interaction; coefficient of friction

• Wydawca: Instytut Techniki Cieplnej, Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki, Politechnika Śląska
• Czasopismo: Archiwum Instytutu Techniki Cieplnej
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 2
• Strony: 155--169
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Widuch Agata

• Instytut Techniki Cieplnej, Politechnika Śląska

Bibliografia

• [1] Wojciech Sobieski, Seweryn Lipiński, Waldemar Dudda, Anna Trykozko, Maciej Marek, Joanna Wiącek, Maciej Matyka, Jarosław Gołembiewski, Granularne ośrodki porowate
• [2] Cundall P.A., Strack O.D.: A discrete element model for granular assemblies, Géotechnique, 1979, 29, 47- 65.
• [3] ANSYS Academic Research, Release 17.0, Theory Guide, ANSYS, Inc.
• [4] Przydatne definicje, strona internetowa : https://pharmahub.org/resources/123/download/psl_purdue_dem_lecture06_normalcontactfor cemodels_parti.pdf
• [5] H. Hertz. “Über die Berührung fester elastischer Körper”. Journal für die reine und angewandte Mathematik. 92. 156-171. 1881.
• [6] Przydatne definicje, strona internetowa: http://encyklopedia.pwn.pl/szukaj/współczynnik%20Poissona.html
• [7] Multiphase Flows with Droplets and Particles, Second Edition Autorzy Clayton T. Crowe,John D. Schwarzkopf,Martin Sommerfeld,Yutaka Tsuji
• [8] Christoph Kloss, Stefan Pirker, Coupling of DEM and CFD simulations and experiments, Kopenhagen 25 March 2009
• [9] Przydatne definicje, strona internetowa: http://www.engineeringtoolbox.com/young-modulus-d_417.html
• [10] Przydatne definicje, strona internetowa: http://www.engineeringtoolbox.com/poissons-ratio-d_1224.html
• [11] Przydatne definicje, strona internetowa: http://limba.wil.pk.edu.pl/~jg/pomoce/charakt.xls
• [12] Gidaspow D. “Multiphase Flow and Fluidization, Boston MA.” Academic Press. 1994
• [13] Adamczyk W.P., Kozołub P., Klimanek A., Białecki R.A., Klajny M., Andrzejczyk M., Numerical simulations of the industrial circulating fluidized bed boiler under air- and oxy-fuel combustion. Applied Thermal Engineering, Vol. 87 (2015), 127-136
• [14] Snider D.M. and Banerjee S., Heterogeneous gas chemistry in the CPFD Eulerian– Lagrangian numerical scheme (ozone decomposition), Powder Technology, Vol. 199 (2010), 100-106
• [15] Syamlal M., Rogers W., and O’Brien T.J., MFIX Documentation, National Technical Information Service, Vol. 1 (1993), 5540-5551
• [16] Przydatne definicje, strona internetowa: http://home.agh.edu.pl/~wslosar/siodmy.html
• [17] Przydatne definicje, strona internetowa: http://www.fizykon.org/dynamika/dyn_druga_zasada_dynamiki.htm

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).