[发明专利]一种基于数值模拟的絮团识别方法及系统

说明书

本发明提供一种基于数值模拟的絮团识别方法及系统。本发明方法，包括：建立球形微细颗粒间相互作用模型，在三维空间尺度对絮凝体系进行数值模拟，形成絮凝混合体系；对数值模拟形成的絮凝混合体系进行几何解析和参数表征；根据颗粒空间直角坐标系中球心距离公式与颗粒半径之和公式判断絮凝体系中颗粒之间粘结接触情况，对单个颗粒和絮团进行划分；通过三维数据可视化工具对单个絮团进行三维空间尺度解析，完成三维空间的可视化絮团识别。本发明基于先进数值模拟技术的仿真结果，通过读写絮凝体系中所有颗粒有效参数信息，实现颗粒絮凝过程到结果的数字化转换，克服了现有常规絮凝物理试验操作复杂、测量难度大、检测精度低的问题。

技术领域

本发明涉及微细颗粒絮凝技术领域，具体而言，尤其涉及一种基于数值模拟的絮团识别方法及系统。

背景技术

微细颗粒絮凝技术已广泛应用于化工、环保、海洋、矿业等领域，其中微细颗粒通过絮凝技术所形成的絮团特征直接影响絮凝工艺技术指标的优劣。随着离散元法DEM(Discrete element method)、计算流体力学CFD(Computational fluid dynamics)和计算机技术的不断发展，数值模拟方法以其高效率、高精度等优点已逐渐应用于微细颗粒絮凝过程的仿真研究，为优化絮凝工艺参数和调控絮凝工艺技术指标提供了有效手段。

当前研究主要集中于二维空间尺度数值模拟，其存在着空间维数低、颗粒间相互作用描述不准确等局限，少数三维空间尺度数值模拟结果不能在絮凝体系中有效识别单个絮团，进而不能对其进行较为详尽的统计和特征分析，无法从絮团统计分布和三维空间特征角度揭示絮凝环境对絮团特征以及絮凝效果的影响，不利于基于先进的数值模拟方法优化絮凝工艺设备结构及其操作参数，进而影响了絮凝工艺设备的工作性能，降低絮凝生产技术指标，限制了絮凝工艺的进一步发展

发明内容

根据上述提出的现有数值模拟方法无法在絮凝体系中有效识别单个絮团而无法对絮团进行详尽统计和三维特征分析的技术问题，而提供一种基于数值模拟的絮团识别方法及系统。

本发明采用的技术手段如下：

一种基于数值模拟的絮团识别方法，包括如下步骤：

S1、应用DEM-CFD双向耦合方法，基于颗粒-颗粒、颗粒-絮团、絮团-絮团之间的作用关系，建立基于流场作用下的球形微细颗粒间相互作用模型，在三维空间尺度对絮凝体系进行数值模拟，形成具有多个单颗粒以及单颗粒通过粘附形成絮团的絮凝混合体系；

S2、对数值模拟形成的所述絮凝混合体系进行几何解析和参数表征，提取絮凝体系中所有颗粒的编号、颗粒三维空间直角坐标参数和颗粒的直径；

S3、依次根据颗粒空间直角坐标系中球心距离公式与颗粒半径之和公式判断絮凝体系中颗粒之间粘结接触情况，遍历所有颗粒，对未形成絮团的单个颗粒和粘附形成的絮团进行划分；

S4、根据絮凝混合体系中单个颗粒与絮团的划分结果，通过三维数据可视化工具对单个絮团进行三维空间尺度解析，完成三维空间的可视化絮团识别。

进一步地，所述步骤S1中，所述基于流场作用下微细颗粒间相互作用模型中的颗粒占据流体体积并与流体间发生相互作用，颗粒承受剪切力并与壁面发生作用，颗粒之间的接触模型根据物理试验对比结果进行可控调整。

进一步地，所述步骤S2中，所述絮凝混合体系在三维空间直角坐标系中解析，以不同视角对絮凝混合体系进行显示，并对颗粒或絮团的物理参数进行表征，絮团识别所需参数信息通过DEM软件后处理导出扩展名为.csv的可读写文件，并基于CSV数据读写模块读写有效数据。