DEM和DPM

[散漫守望2016]

@李东岳 东岳兄，很高兴你邀请我。DPM确实是基于拉格朗日的一种跟踪颗粒的方法，对于Fluent中的DPM,DDPM，Barracuda中的MP-PIC和OpenFOAM中的DPMFoam以及CFDEM中的DEM我做一个简述。首先，Fluent中的DPM模型只能处理稀相的气固（气液）两相流，一般我们称它为“双向耦合”，颗粒颗粒间不发生碰撞以及在流体方程中不考虑空隙率。但是DDPM就进了一步，这里面可以考虑空隙率了，而且对颗粒颗粒碰撞进行了模化，这个模化的过程和MP-PIC方法是类似的。为什么要模化呢？
因为DPMFoam和CFDEM里面的DEM模型是一种完全的DEM，我们称为“四向耦合”，考虑了颗粒-流体，颗粒-颗粒，颗粒-壁面之间的相互作用力，颗粒-颗粒碰撞采用软球模型或者硬球模型(现在一般是软球模型)来进行模拟。所以对于一个实验室尺度（<1m）的流化床来说，我们可以采用DDPM, MP-PIC或者OpenFOAM中的DPMFoam或者CFDEM来模拟。而Fluent中的DPM模型是不能用来模拟这样的密相问题的。

[散漫守望2016]

@李东岳 此外，DEM可以赋予颗粒很多的特性，我们知道，颗粒的运动方程其实就是牛顿第二定律，方程左边是加速度，右边是受力，这时候，就可以考虑颗粒受到的电场力、粘结力等，现在颗粒的形状效应也可以考虑了，比如求非球形颗粒（椭圆，圆柱）。所以DEM方法是一种很有前景的方法，不过因为它在处理颗粒碰撞时候要搜索周边颗粒，所以非常花费时间，计算量比较大。

[李东岳]

就是说CFDEM目前是“四向耦合”的模型，所有的受力都考虑了。

Fluent的DPM模型是“双向耦合”，不考虑孔隙率和颗粒碰撞。如果不考虑颗粒碰撞的话，岂不是可以当做仅仅的一种颗粒跟踪？类似示踪粒子？

DPMFoam这个和CFDEM的区别能否详述一下？之前曾经模拟一个粒子喷射的算例用的MPPICFoam，MPPICFoam和DPMFoam也考虑了流体颗粒耦合、粒子碰撞、壁面粘连。是不是MPPICFoam除了颗粒形状就和CFDEM里面的求解器差不多？

之前看这个模拟的挺炫的：

他这个带颜色的粒子是后处理出来的么？

之前安装了一次CFDEM，好像都不需要生成网格。我运行了一个输送带的自带算例。

[马乔]

谢谢东岳大神邀请，以及王帅的推荐。Fluent的DPM加入了DEM碰撞之后是能处理颗粒碰撞的，但只能处理颗粒的正面碰撞和切向力，不处理转动力矩。还有就是考虑了DEM模型的DPM不知道能不能考虑空隙率的影响，在有的文献中将它当做完全的CFD-DEM进行计算的。

[马乔]

DPMFoam 和MPPICFoam都使用了计算粒子的概念，一个计算粒子包含了多个实际粒子，是可以减少计算量的。而CFDEM则是直接使用的物理粒子。DPMFoam 和 MPPICFoam在颗粒碰撞模型上是存在差异的，DPMFoam是需要计算碰撞过程的，而MPPICFoam就是使用的颗粒应力咯。MPPIC在颗粒-流体网格间映射信息是使用双线性插值的，但是基于笛卡尔网格，不知道在MPPICFoam中非结构网格是怎么实现的，目前正在看这块代码中。

[散漫守望2016]

@马乔 Fluent里面的DPM确实可以选择DEM颗粒碰撞（软球模型），但是应该是不包含空隙率的。所以我认为还是不能求解密相问题的。对了，视频怎么上传呀，最大不大于200kb，一些图片和视频你们是怎么上传的？

[散漫守望2016]

@马乔 因为我主要是做DEM的流动和燃烧，所以对MPPIC不是很懂，你比较精通一些，多多普及知识，嘿嘿

[马乔]

传个图片试试！
好像是不能大于200k

[李东岳]

@马乔 说：

过程的，而MPPICFoam就是使用的颗粒应力咯。MPPIC在颗粒-流体网格间映射信息是使用双线性插值的，但是基于笛卡尔网格，不知

计算粒子就是OpenFOAM里面所谓的particle cloud？

@散漫守望2016 视频？还没试过上传视频，图片就是上面有个按钮 带箭头的那个是上传。服务器目前租的比较小，怕图片太大就没地方了。以后考虑看看要不要整个大的服务器。目前大图我都是先缩放，缩放之后就特别小了一般几十k

我试试视频：国外打开youku 土豆基本打不开
视频

[马乔]

计算颗粒应该是parcel，cloud是所有颗粒的集合。

[李东岳]

那个CFDEM的后处理不同颜色的颗粒是后处理出来的？还是本身颗粒带了个属性？链接文本

[马乔]

嗯，将颗粒表面设置为速度就出来啦。多个filter叠加的。

[散漫守望2016]

@马乔 OF里面的DPMFoam的算例里面 nParticle 1;这里的nParticle就是指的一个计算颗粒Parcel里面含有的颗粒数，设置为1就是一个计算颗粒就是代表一个颗粒咯。

[散漫守望2016]

@马乔 多个filter叠加确实能得到很炫的效果，我用的比较多的是Glaph这个filter，有时候叠加十来个filter。

[散漫守望2016]

@马乔
也传个图片试试，别人计算的，Youtube上看的视频，挺漂亮的。

[马乔]

这个图我有gif的，就是看了这个之后用MPPICFoam仿着算的。DPMFoam的nParticle改成大于1的数后，应该要修改颗粒的碰撞恢复系数吧。

[散漫守望2016]

@马乔 是的，应该要跟着修改，但是那样就还不如用梭鱼Barracuda来求解了。这个算例的难点和重点在料腿最下部，你仔细观察，可以看出，应该要加一个向左的返料风，这样你的料腿中的料就不会堆着而不进入提升管了。你之前的图就是在料腿那里堆积了很多物料。

[马乔]

我想问的是他这个计算为嘛没有蹿气？压力都不好平衡吧。

[散漫守望2016]

@马乔 只有计算了，你就会知道，它不会窜气的，会运行的很顺畅。

[.J.]

正好这几天在研究fluent里的DEM，DPM和DDPM具体是啥关系，碰到李博开的这一贴。写一下我的理解。

1. 先说说标准的DEM吧，它代表的是真实的跟踪每一个颗粒的运动，通过硬球模型或软球模型（通常用软球模型）来计算颗粒间的碰撞过程，而且颗粒旋转也能捕捉到。简单理解就是，颗粒该受到的力都考虑到了。
2. 而DPM和DDMP都是fluent里的概念，应该不属于通用的说法，之所以这样命名可能是由于为了符合它的软件设计逻辑。DPM在我看来是属于比较原始的离散相模型，不考虑颗粒碰撞，不考虑颗粒所占体积，通常用来模拟灰尘的轨迹。

This approach is made considerably simpler when particle-particle interactions can be neglected, and this requires that the dispersed second phase occupies a low volume fraction, even though high mass loading is acceptable. The particle or droplet trajectories are computed individually at specified intervals during the fluid phase calculation. This makes the model appropriate for the modeling of spray dryers, coal and liquid fuel combustion, and some particle-laden flows, but inappropriate for the modeling of liquid-liquid mixtures, fluidized beds, or any application where the volume fraction of the second phase cannot be neglected. For applications such as these, particle-particle interactions can be included using the Discrete Element Model, which is discussed in Discrete Element Method Collision Model.

--from ANSYS 17.0 help, Fluent Theory guide, 16.1.1. The Euler-Lagrange Approach

3. DDPM 是Dense Discrete Phase Model的缩写，是专门用来模拟例如流化床这种稠密颗粒流的模型，可以理解为简化了的DEM。它考虑了颗粒的空隙率以及碰撞，但是对于碰撞的计算是进行了模化的，不是用软球模型计算真实的碰撞过程，颗粒间的碰撞产生的力是根据KTGF下颗粒的stress tensor计算得到。
   

4. 上面说了DDPM里颗粒碰撞是进行了模化的，因此就有不进行模化的处理，那就是在Fluent里加入DEM collision了。加入了DEM collision的DDPM，也即DDPM+DEM，考虑了稠密颗粒流的真实碰撞过程，新版的Fluent里，据我观察也是可以加入rotation的。但是Fluent里的DEM的颗粒群又是用parcel代替的，这又导致有些像MPPIC。所以，可以说DDPM+DEM和真正的DEM的还差一步。
   

以上的内容仅代表个人观点，如有理解上的疏漏或错误，感谢能够给予指正。