[发明专利]考虑颗粒形状的CFD-DEM模拟渗流侵蚀破坏的方法

权利要求书

1.一种考虑颗粒形状的CFD-DEM模拟渗流侵蚀破坏的方法，其特征在于，包括步骤：

确定DEM模块中试样的颗粒参数；其中，所述颗粒参数包括：形状参数、材料参数以及粒径参数，所述粒径参数采用等效球形直径的方法得到；

在所述DEM模块中配置至少两个预设空间，并采用分层压实法在所述预设空间中生成所述试样；其中，相邻两个所述预设空间之间采用实心板；

在CFD模块中建立流体模型；其中，所述流体模型的尺寸覆盖所述试样的尺寸；

对所述DEM模块中的耦合模块与所述CFD模块进行双向耦合，并且将试样两端实心板替换成孔隙板，耦合计算模拟渗流侵蚀破坏的过程；

所述对所述DEM模块中的耦合模块与所述CFD模块进行双向耦合，并且将所述实心板替换成孔隙板，耦合计算模拟渗流侵蚀破坏的过程，包括：

通过DEM求解器初始化固体相；

由CFD求解器初始化流体相，并将所述流体相的速度、压力以及物理属性传输到所述DEM求解器；

在所述DEM求解器上计算颗粒相体积分数和初始相互作用项，并将所述颗粒相体积分数和所述初始相互作用项传输到所述CFD求解器；所述初始相互作用项包括：相互作用力和传热速率；

校正所述CFD求解器时间步长，以使DEM求解器时间步长具有整数倍；

相互作用力的半隐式传递和传热速率从DEM求解器到CFD求解器的显式传递；

每个单元中的速度，压力和物理属性从CFD求解器传输到DEM求解器；

继续执行通过DEM求解器初始化固体相的步骤，直到达到总仿真时间为止。

2.根据权利要求1所述的考虑颗粒形状的CFD-DEM模拟渗流侵蚀破坏的方法，其特征在于，所述确定DEM模块中试样的颗粒参数，包括：

根据试样的初始级配曲线，依据不同的颗粒粒径在DEM模块中建立不同的Particle子模块，在每个所述Particle子模块中确定相应的颗粒形状类型，进而确定颗粒的形状参数；

在所述Particle子模块中的颗粒尺寸类型中确定颗粒的粒径参数。

3.根据权利要求2所述的考虑颗粒形状的CFD-DEM模拟渗流侵蚀破坏的方法，其特征在于，所述形状参数包括：细长比、棱角数、光滑度中的一种或多种；

所述材料参数包括：密度、杨氏模量、泊松比中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的考虑颗粒形状的CFD-DEM模拟渗流侵蚀破坏的方法，其特征在于，所述采用分层压实法在所述预设空间中生成所述试样，包括：

在所述试样两端采用所述实心板挡压，对所述试样两端的实心板配置预设速度或预设压力压实所述试样。

5.根据权利要求1所述的考虑颗粒形状的CFD-DEM模拟渗流侵蚀破坏的方法，其特征在于，所述流体模型的长度比所述试样的长度大。

6.根据权利要求1所述的考虑颗粒形状的CFD-DEM模拟渗流侵蚀破坏的方法，其特征在于，所述试样包括：细颗粒和粗颗粒，所述细颗粒的粒径小于所述孔隙板的孔径，所述孔隙板的孔径小于所述粗颗粒的粒径。

7.根据权利要求1所述的考虑颗粒形状的CFD-DEM模拟渗流侵蚀破坏的方法，其特征在于，所述相互作用力为：

其中，F_f→p表示相互作用力，F_D表示拖曳力，表示压力梯度力。

8.根据权利要求7所述的考虑颗粒形状的CFD-DEM模拟渗流侵蚀破坏的方法，其特征在于，所述压力梯度力为：

其中，V_p表示颗粒的体积，表示局部压力梯度。

9.根据权利要求7所述的考虑颗粒形状的CFD-DEM模拟渗流侵蚀破坏的方法，其特征在于，所述拖曳力为：

其中，u-v_p表示颗粒和流体之间的相对速度，A′表示在流动方向上的投影颗粒面积，阻力系数表示Huilin和Gidazpow应用的混合函数，ρ_f表示流体密度，表示Ergun阻力系数，表示Wen and Yu阻力系数，ψ表示混合参数，α_f表示流体体积分数。