颗粒材料中的热传导

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本研究演示如何利用两阶段离散元法 (DEM) 对受压颗粒材料中的热传导过程进行仿真。在第一阶段,模型通过向下移动的顶部壁面施加 20 kPa 的恒定压力,对球形颗粒床进行机械压实,其中在侧向采用周期性边界条件以准确表征散体材料的力学行为。该阶段形成的致密颗粒堆积结构,将直接作为后续热分析的初始构型。

在第二阶段,模型对压实后的颗粒床进行热传导仿真,并在顶部和底部壁面设定固定的温度边界条件。此时,颗粒运动被冻结,仅考虑通过颗粒间接触及颗粒与壁面接触产生的传导传热。这种解耦方法允许使用隐式广义 α 求解器,与完全耦合的 DEM-热仿真相比,可大幅降低计算成本。例如,完成长达 8 小时物理时间的热传导仿真,计算时间仅需约 30 秒。

案例中展示的此类问题通常可通过以下产品建模: