CPFD Barracuda Virtual Reactor 工业级颗粒流体力学仿真工具

寂静回声

Barracuda工程软件包是由美国CPFD Software, LLC公司开发的专门用于模拟工业级流态化过程及化学反应的商业软件包。其基础是由Dale Snide博士提出的计算颗粒流体力学，即CPFD方法。CPFD方法不同于经典计算流体力学之处，在于即详尽考虑了颗粒与流体的巨大差别，真实处理颗粒的运动特性，又避免了极耗时间的颗粒接触检索，采用成熟的颗粒动力学理论计算颗粒间作用。同时，CPFD方法创造性地提出了“计算颗粒”概念，所谓“计算颗粒”是在拉格朗日法基本的“流体微团”概念之上，拓展到颗粒相而形成的“颗粒微团”。在一个“计算颗粒”之中包含了多个真实颗粒，这些真实颗粒具有相同的物质属性、物理运动及化学变化。CPFD方法的计算模式是在欧拉体系和拉格朗日体系下进行不断的切换，这种切换不同于离散元法两个求解器的耦合。CPFD方法中，流体相与颗粒相均在同一个求解器中计算，利用独创的相间插值算子保证计算的稳定性与切换的守恒性。CPFD方法是一种“混合”数值方法，集欧拉双流体模型与拉格朗日离散模型的优点于一身，为工业级流态化问题的研究提供了全新的技术手段。

Barracuda软件独特的网格划分技术采用了全新的笛卡尔网格划分方法，可以快速适应各种复杂的结构，得到高质量的结构型网格，大大简化前处理工作，为后续的准确快速计算打下基础。Barracuda软件划分网格时，先用正交网格完全嵌套住几何体，局部细节结构只需保证有网格线贯穿，随后自动用几何体切割网格线获得表面节点，生成贴合任何复杂结构的网格。由于CPFD方法的独特优势，Barracuda的求解速度是其他通用CFD软件的10-100倍。一个典型的算例的网格数量在30万以内，计算颗粒数在500万以内，这就使得我们可以在合理的时间内获得有意义的数据。Barracuda拥有快速计算能力的同时，其计算结果的准确性也是有保证的。首先，软件的计算结果通过了大量的基础性实验验证；其次还得到了工业级相关设备的验证。

相比于传统CFD软件所采用的模型方法，Barracuda软件所基于的CPFD方法更加适合于研究颗粒设备中的流态化及化学反应过程，主要优势体现在：

1．独特的网格划分技术极大方便了复杂几何结构的建模。

2．完善的颗粒模型可以准确分析设备运行细节。

3．颗粒相基于拉格朗日方法，能够准确计算颗粒运动，获得真实流化状态。

4．以多种方式设置化学反应动力学，满足机理分析与实验研究双重需要。

5．可准确定义气相与颗粒的多组分特性。

6．特有的磨损模型可以预测设备内部壁面磨损情况。

7．基于GPU并行求解，计算速度可满足工程需要。

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