技术分享 | Ansys Rocky离散元法在化工&原材料加工行业的应用
发布者:cadit 发布时间:2024/3/21 阅读:130 次

Ansys Rocky是基于DEM(离散元法)的仿真工具,主要用于仿真各类颗粒物的运动、碰撞、破碎等颗粒动力学问题。

Rocky广泛应用于化学工业、原材料加工、工程机械、家用电器、食品医药等涉及颗粒物处理的领域,分析对象包括粉末、矿石、土壤、稻谷、药物胶囊等各类颗粒物,包括球形颗粒、不规则形状颗粒、纤维、薄壳等多种类型。

颗粒物搅拌仿真

利用Workbench环境,Rocky可方便快捷的联合其他产品进行多物理场耦合仿真。


基于Workbench平台的Rocky/Fluent/Mechanical耦合仿真

Rocky典型应用场景

1、搅拌
搅拌混合是一种很常用的工艺过程,广泛存在于化工、材料、食品、医药等领域,其关注点主要包括搅拌混合时长与均匀性效果、搅拌器的驱动功率。

多种颗粒搅拌混合仿真
纤维与颗粒物混合搅拌仿真

对于悬浮液体系等涉及宏观流体流动的问题,可结合Rocky和Fluent进行多物理场仿真。根据颗粒是否会影响宏观流场,可进行单向耦合或双向耦合。

Rocky和Fluent耦合分析悬浮液搅拌仿真

2、 颗粒破碎
利用研磨等方式,可将形状不规则、尺寸过大的原始颗粒变成形状接近于球形且尺寸合适的颗粒。Rocky内置颗粒破碎模型,可分析颗粒破碎后的尺寸分布与形状。

颗粒破碎仿真

3、气力运输
气力运输是一种方便快捷的运输方式。Rocky结合Fluent可分析气力运输过程中颗粒的分布状态,确定合适的运送气流速度。

气力运输仿真

对于旋风分离器等管路元件,Rocky也可分析颗粒分离效率等相关问题。

旋风分离器仿真

颗粒会导致各类设备与管路的磨损,如何评估磨损率从而确定合适的维护与更换周期是很重要的问题。Rocky内置了多种经验磨损公式,适用于不同场景的固体表面磨损问题。

气力输送管路磨损仿真

4、结构载荷
很多问题的重点并不是颗粒物本身的运动规律,而是因为颗粒物导致的结构受力与变形。对此类问题,可结合Rocky和Mechanical进行多物理场仿真。先利用Rocky获得颗粒物对结构的载荷分布,再利用Mechanical获得结构变形与应力应变结果。

Rocky和Mechanical耦合分析颗粒物导致的容器结构应力

5、生产线灌装
液体类、粉体类产品通常会通过灌装工艺装入容器以便于存储和运输。Rocky可分析合适的容器形状和生产线布置,避免出现容器倒伏等影响生产效率的问题。

生产线容器姿态仿真

GPU加速

DEM是GPU优势算法,使用GPU加速可获得非常优异的加速性能,极大提高计算效率,节约运算求解时间。

如图为48核心CPU(AMD霄龙7R32)和(英伟达Tesla V100)计算性能对比,横坐标为颗粒数,纵坐标为GPU相对CPU的加速倍数。

从图上可知:

l单GPU相对48核心CPU拥有5倍以上加速比
l颗粒数越多,GPU相对CPU的加速性能越优

Rocky支持英伟达的GPU,包括以下类型:

l数据中心显卡,如A100
l工作站专业显卡,如RTX 5000 Ada
l游戏显卡,如RTX 4080

出于计算性能的考虑,建议优先选择数据中心显卡或工作站专业显卡。

PyRocky

PyRocky是PyANSYS生态体系的一部分,可基于Python语言实现前后处理自动化,提高工作效率。Rocky的求解器部分支持利用C++语言自定义物理模型,从而扩展能力边界。

Rocky各部分的自定义扩展支持

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