Программное обеспечение Rocky DEM 4.3., работающее на базе многоядерных и многопроцессорных систем, теперь имеет расширенные возможности для междисциплинарных расчетов динамики частиц: улучшена интеграция со сторонними решателями и добавлены новые физические модели. В новой версии значительно усовершенствован двусторонний интерфейс ANSYS CFD–Rocky DEM, благодаря чему сопряженные расчеты выполняются намного быстрее. Кроме того, теперь в инструментарии присутствуют новая улучшенная модель репрезентативных частиц (coarse grain model, CGM), имитация жидкостной пленки и капиллярного мостика. Также изменения коснулись и модели гибких волокон, в том числе возможностей, связанных с их пластической деформацией и дискретным разрушением.
Доктор Андре Баккер (André Bakker), управляющий подразделением по гидрогазодинамике в ANSYS, Inc., уделяет особое внимание реализации нового стандарта интегрирования программных инструментов:
«Я очень рад тому, каких результатов компания ESSS достигла за многие годы разработок, направленных на обеспечение надежной связи инструментов ANSYS CFD и Rocky DEM. Помимо большого выбора многофазных моделей в ANSYS CFD для решения задач взаимодействия жидкости/газа и частиц теперь доступна возможность интерпретации реальных форм частиц в задачах с одной или несколькими текучими средами. Это позволяет выполнять CFD-расчеты высокой сложности, в том числе моделировать гибкие волокна, мелкодисперсные частицы и частицы сложной формы».
Также в новом релизе представлен ряд других улучшений производительности: унификация представления статистики столкновений частиц со стенками изделия, новые возможности визуализации данных о контактах, автоматическое заполнение определенного объема частицами и постпроцессинг на основе OpenGL методом трассировки лучей для более точного моделирования поверхностных покрытий. Благодаря новым расчетным возможностям инструмент Rocky DEM выходит на совершенно новый уровень по критериям производительности и точности.
Улучшение интеграции с ANSYS CFD
- Общие улучшения
Инновационный подход с одной средой в 3 раза сокращает длительность сопряженного CFD–DEM расчета, а новая система интерполяции данных в Лангранж-Эйлеровом подходе точно и непротиворечиво фиксирует взаимодействия на границе раздела фаз в условиях высокой концентрации частиц. Таким образом пользователи могут выполнять более точные расчеты, учитывая энергию турбулентности при взаимодействии частиц и среды.
- Модель репрезентативных частиц (Coarse Grain Model, CGM)
Улучшенная встроенная модель CGM обеспечивает точное масштабирование частиц при моделировании их взаимодействия с жидкостью или газом в расчетах с большим количеством частиц. Это возможно благодаря новому методу, основанному на «группировке» частиц со сходными свойствами и доступному как для двух методов сопряженного CFD–DEM расчета, также хорошо, как и для расчета DEM-методом.
Сопряженный расчет псевдоожиженного слоя (слева) и график перепадов давления для репрезентативных частиц разных масштабов (справа).
Доктор Микаэль Буле (Micaël Boulet), руководитель отдела численного моделирования в Enerkem, говорит:
«После нескольких лет моделирования реакторов, работающих на биотопливе, с использованием подходов Эйлера и Лагранжа мы применили Rocky DEM в связке с ANSYS CFD, и это открыло нам новые горизонты проектирования. Возможность Rocky выполнять расчеты с большим количеством частиц благодаря вычислениям на графических картах, новая DEM-модель репрезентативных частиц и полная интеграция с решателем ANSYS CFD позволяют моделировать наши крупноразмерные реакторы с псевдоожиженным слоем, обеспечивая достаточную точность имитации физических процессов».
- Модель жидкостной пленки и жидкостного мостика
Новая модель жидкостной пленки анализирует влияние жидкости на поверхность частицы и на взаимодействие частиц друг с другом за счет демпфирования удара, влияния сдвиговых сил и адгезию через представление в виде жидкостного мостика. С помощью данной модели можно воспроизвести реологические свойства и перколяционные явления.
Частицы в барабане с наличием влаги
Доктор Элиас Тэй (Elias Taye), работающий с Breakthrough Technology Group и Mars Wrigley Confectionery, говорит:
«Производство конфет на фабрике Mars Inc. – это очень сложный процесс. Чтобы иметь полное представление о физических свойствах продукции и оптимизировать производство, мы применяем расчеты методом дискретных элементов, а также гидродинамический и прочностной анализ. Например, важную роль играет моделирование процесса нанесения глазури на конфеты Skittles и M&M, при котором необходимо учесть динамику потока конфет и их реальную форму, взаимодействие конфет друг с другом, нанесение и высушивание покрытия, спрогнозировать распределение глазури и ее затвердевание. Использование Rocky DEM в связке с ANSYS CFD позволяет учитывать эти явления благодаря моделям жидкостной пленки, тепло- и массообмена. Инженеры Mars могут объединить эти модели в единый высокопроизводительный рабочий процесс и проводить расчеты в короткие сроки благодаря значительно уменьшенному времени отклика программы».
Пластическая деформация гибких волокон
Новая модель гибких волокон в Rocky DEM учитывает явления пластической деформации, анизотропию и возможность нарушения целостности, позволяя моделировать широкий спектр волокнистых материалов в сложном оборудовании и с высокой точностью.
Модель сеноворошителя. Возможность моделировать миллионы гибких волокон позволяет с большей точностью воссоздавать технологические процессы в агропромышленности.
Дискретное разрушение теперь доступно для волокон, оболочечных и твердотельных частиц.
Улучшены возможности моделирования разрушения. Версия Rocky DEM 4.3 представляет новую высокоточную модель разрушения (дискретное разрушение). Данная модель анализирует область частицы, на которую пришелся удар, и возникающие впоследствии внутренние напряжения, обеспечивая моделирование разрушения и образование трещин в соответствии с формой частицы.
Скотт Дадли (Scott Dudley), ведущий инженер в Polaris, говорит:
«Постоянно работая над повышением уровня функциональной безопасности своей продукции, мы используем модель гибких волокон в Rocky DEM, чтобы с наибольшей точностью предсказать влияние скапливающегося мусора на работу машин».
Функция заполнения геометрического объема частицами
Благодаря новой возможности заполнения частицами объема любой формы пользователи могут в десятки раз быстрее выполнить постановку задачи в случаях, когда требуется заполнить ими определенный объем. При указании точки внутри объекта и общей массы частицы размещаются, плотно прилегая друг к другу, заполняя необходимый объем. Это работает и при моделировании зон с высокой плотностью упаковки, например, таких, как слои грунта.
Унифицированное представление статистики столкновения частиц с границами и друг с другом
Зарекомендовавший себя многофункциональный инструмент анализа столкновений частиц друг с другом теперь содержит и данные о столкновениях частиц со стенками оборудования. Доступна информация о частоте столкновений, их местоположении, энергии взаимодействия и потерях для всех контактов частиц с границами и друг с другом.
Визуализация и последующая обработка данных о взаимодействии
Данные о взаимодействии частиц и геометрии в любой момент времени теперь можно визуализировать и обрабатывать при помощи интерфейсов GUI и API. Таким образом, пользователи могут получить более полное представление о механике взаимодействий, чтобы точнее спрогнозировать поведение частиц.
Трассировка лучей для анализа поверхностных покрытий частиц
Постпроцессинг на основе OpenGL позволяет с высокой скоростью и точностью выполнять трассировку лучей при моделировании таких процессов, как нанесение покрытия и пескоструйная обработка.
Доктор Ракулан Сиванесапиллаи (Rakulan Sivanesapillai), эксперт по численному моделированию в Bayer AG, подчеркивает, что новый релиз Rocky играет большую роль в развитии его исследований:
«Способность Rocky DEM моделировать реальную форму частиц, а также встроенная поддержка мульти-GPU расчетов позволили инженерам Bayer создать полноразмерную модель оборудования, смоделировать процессы производства и получить данные о накопленных нагрузках на уровне частиц, доступных для всей системы (intra-particle collisions). Это позволило компании Bayer одновременно оптимизировать процесс нанесения покрытия и улучшить качество продукта».
Более подробная информация доступна на сайте: www.rocky-dem.com