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赵永志

性别:男
职称:副教授
单位:能源工程学院

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实验室介绍

先进工程建模与仿真实验室主要围绕能源、化工、矿产、工程等领域针对颗粒物(或块状物)及流体进行处理的过程装备开展研究,以发展国际最先进的DEMSPHCFD模型及算法为目标,提供最领先的数值仿真技术服务,为我国高端装备制造业及能源、矿产、化工等产业的升级提供支撑。

1. Discrete Element Method (DEM)

DEM是模拟颗粒系统的一种数值方法,我们的研究目标是发展针对任意非球形颗粒的高精度DEM模型(包括传统球形模型、Super-ellipsoid模型、Multi-sphere模型、Bonded spheres模型以及Polyhedra模型)并将其组合形成一种Combined model,同时发展稳定、高效的并行计算方法(包括基于OpenMP的共享内存并行计算、基于MPI的高性能计算以及基于GPU的加速算法)以实现针对工程规模的颗粒体系仿真。

2. Discrete Element Method – Computational Fluid Dynamics (DEM-CFD)

DEM-CFD是模拟流固两相体系的高精度数值方法,我们的研究目标是发展针对任意非球形颗粒的DEM-CFD模型及算法,包括非球形颗粒曳力模型、颗粒内聚力模型、升力模型、传热模型等,以及高效的并行计算方法,以实现对工程规模的能源、化工过程进行仿真。

3. Discrete Element Modeling and Simulation Software

我们的目标是开发针对颗粒系统进行模拟的仿真系统,该系统包含前处理器、求解器及后处理器三大部分。前处理器可进行设备的复杂几何造型,颗粒生成器可根据该几何结构自动生成所需要的颗粒。求解器采用并行设计,可对10,000,000颗粒规模的非球形颗粒体系进行动态模拟,支持复杂结构及运动(振动、旋转、移动等)边界条件、周期性(包含Lees-Edwards)边界条件等,具备API二次开发功能,可与常用商用及开源CFD软件(FluentOpenFOAM等)进行双向耦合,以求解两相流动问题。后处理器采用Open GL编程技术设计,可实时显示颗粒体系的运动过程,同时可对任意时刻的微观受力情况进行分析,因此能够方便地揭示颗粒流内的某些微观作用机理。

4. Particle Tracking Velocimetry (PTV) experimental technique

粒子追踪测速(PTV)是一种广泛应用于颗粒流和多相流的测试技术,其基本原理是通过高速相机获得每个颗粒在每个时刻的位置,然后通过编程等技术对图像进行处理可以追踪每个颗粒的运动轨迹,继而可统计出颗粒流场内的详细信息。虽然PTV技术具有直观、容易使用等优点,但对于解决颗粒流动问题也有一个缺点,就是只能看到表层的颗粒运动,无法看到内部的颗粒流动。将DEMPTV结合可以很好的解决这一问题,以PTV实验验证DEM,然后通过DEM获得全场数据,是一种极其有效的研究手段。

5. Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH)

光滑粒子流体动力学方法SPH是近20多年来逐步发展起来的一种无网格方法,该方法的基本思想是将连续的流体(或固体)用相互作用的质点组来描述,各个物质点上承载各种物理量,包括质量、速度等,通过求解质点组的动力学方程和跟踪每个质点的运动轨道,求得整个系统的力学行为。我们的目标是开发出(在自由表面流以及相当一部分瞬态流动领域)优于目前基于网格的CFD仿真技术的SPH方法。

6. The application of DEM, CFD, and SPH in engineering, including gas-solid flow, fluidization, particle mixing, particle crushing, particle drying, particle coating, particle combustion, particle erosion, and hydrogen energy.

DEMCFDSPH方法应用于能源、化工过程领域,包括气固两相流、颗粒流态化、颗粒混合、颗粒粉碎、颗粒干燥、颗粒喷涂、颗粒物燃烧、设备冲蚀磨损、以及氢能领域等,以优化这些工业过程及装备。