基于耦合CFD-DEM和键模型考虑表面降解的侵蚀磨损数值研究
流体动力学
2025-03-04 v1 计算物理
摘要
本文提出了一个三维模型，用于研究由固体颗粒引起的结构侵蚀磨损，考虑到侵蚀过程中表面变形和降解的累积。尽管存在大量关于侵蚀的研究，但它们主要基于半经验方程来预测材料损失，缺乏一种工程方法来考虑侵蚀过程中表面演化，这已被证明具有极其重要的意义。本文提出的模型旨在克服这些挑战。在该方法中，将常规固体对象的体积离散为多个离散球形元素。在微观尺度上添加键网络以连接相邻颗粒，形成宏观尺度上的致密结构。这实际上是将粒子流动仿真通过耦合计算流体动力学(CFD) - 离散元素法(DEM)和使用键模型的DEM材料建模相结合。对于当传统连续刚性对象被替换为由键合球形颗粒组成的离散可变形对象的离散化，进行了大量研究，考察了在层流和湍流中的流体响应。该模型的离散化对象的替换自然地包含了流体、结构和颗粒之间的三向相互作用。在宏观尺度上，流体与结构之间的相互作用通过流体与键合颗粒之间的相互作用在微观尺度上隐式表示，而材料属性和固体对象的微结构通过键的属性来再现，这些属性考虑了变形和断裂。无论是解析耦合方案还是非解析耦合方案，都与传统CFD方法的结果良好一致。
引用
@article{arxiv.2503.00007,
title = {Numerical investigation of erosive wear considering surface degradation using coupled CFD-DEM and a bond model},
author = {Vinh D. X. Nguyen and A. Kiet Tieu and Damien Andre and Hongtao Zhu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2503.00007},
year = {2025}
}