通过粗粒化增强半解析 CFD-DEM 以适用于稀薄至稠密粒子-流体系统：基于点云的两步映射策略
流体动力学
2025-06-12 v1 计算物理
地球物理
摘要
计算流体动力学与离散元方法（CFD-DEM）的耦合是模拟粒子-流体系统的高效且强大的工具。然而，当前基于体积平均的 CFD-DEM 依赖于流体相与粒子相之间的直接网格映射，可能表现出对流体网格分辨率的强烈依赖性，当粒子穿过流体网格时会变得不稳定，并且在非常稠密的颗粒系统中可能无法捕捉孔隙流体压力效应。在这里，我们提出了一种两步映射 CFD-DEM，利用基于点的粗粒化技术进行中间平滑以克服这些限制。离散粒子首先通过多层斐波那契点云转换为平滑的粗粒化连续场，独立于流体网格。然后，在粗粒化点云场与流体网格变量之间实现精确耦合。该算法在多种配置下进行了验证，包括一维网格上静态粒子的权重分配、二维网格上下落粒子、粘性流体中球体的沉降、双粒径流化床、Ergun 压降测试和浸没颗粒柱坍塌。所提出的 CFD-DEM 代表了一种新颖的策略，能够准确模拟广泛网格-粒子尺寸比和固体浓度下的流体-粒子相互作用，在许多工业和地球物理应用中具有潜在用途。
引用
@article{arxiv.2506.09517,
title = {Enhancing semi-resolved CFD-DEM for dilute to dense particle-fluid systems: A point cloud based, two-step mapping strategy via coarse graining},
author = {Yuxiang Liu and Lu Jing and Xudong Fu and Huabin Shi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2506.09517},
year = {2025}
}