泄爆片分布对袋式集尘器中泄爆结果的仿真研究

场景：

　　从3月底回到学校后的这一个月左右的时间，我一直在做课题的方向，本来是数字孪生，再加上一个涉爆粉尘的项目，用来做我的研究背景。可惜粉尘爆炸这个方向，需要做实验，而且很多理论也不懂，老师也给不了指导，做了结果也不知道是对是错。于是到了5月初，老师让我放弃这个方向，太难了，这里我把我这段时间的研究进度和成果记录一下，能力有限，有问题请见谅。

解决：

　　我的大体研究内容为：泄爆面积分布，泄爆片连接方式对泄爆结果的影响。思路是这样的：

　　1.先在fluent中实现对木粉尘的燃烧爆炸仿真，验证其可信度

　　2.然后把爆炸的压力结果放到静力仿真中，设计泄爆片在一定压力下，打开的仿真

　　3.最后设计流固双向耦合，验证泄爆仿真的可信性

　　4.在3的基础上，计算泄爆面积，设计泄爆分布方案（比如一共2m^2的面积，我可以设计为两个一平方米，间隔0.5m的正方型，上下分布），探索泄爆面积分布的影响

　　5.在3的基础上，采用两种泄爆片连接方式：铰链式，铆钉固定式，探索连接方式的影响

　　我目前的进度以及结果为：

1.实现对木粉尘的燃烧爆炸仿真，验证其可信度（基本完成）

　　由于无法做木粉尘的爆炸参数的实验，我采用fluent自带的木粉尘，其反应方程通过查阅帮助手册，如下：

 

 　　我曾经想过通过迁移学习训练不同可燃物的爆炸参数，是我不懂事了，没想到深入了解之后发现每个爆炸反应都十分复杂，不是能随便学习的。

　　设计带式集尘器，并进行建模和网格划分（by the way，这也是我上个月刚学的，一开始啥都不会），其规格和材质如下：

　　我的模型如下：

　　

 

 　　对比一下20L球体粉尘爆炸压力曲线，和我的仿真图：

　　

参考论文中的参考图

 

 仿真的压力曲线图

　　

　　主要有两个阶段，阶段一是压力上升阶段，此时容器内发生燃爆，压力急剧上升，若最大压力超过容器材料的屈服强度后，容器破裂；阶段二是压力下降阶段，此时容器内氧气消耗过大，燃烧不再进行。可以看出，基本趋势是一致的。但是这里最大爆炸压力很小，是因为我仿真设计的参数太小，为了尽可能提高最大爆炸压力（一开始想做密闭容器爆破的仿真，要求超过Q235的极限，后来发现实际中很少会超过这个值），我做了很多组仿真实验（主要没条件做真实的实验），如下：

 

 　　其中，入射总流量代表入射浓度，表达式如下：

 

 

　　这里还没做完，应该要选出一组参数，使得最大爆炸压力最大。

　　之后有次汇报，老师建议把方向改为可燃物浓度，入口风速对爆炸的影响，可惜这方面论文太多了，而且别人是用实验仪器做出来的。

2.然后把爆炸的压力结果放到静力仿真中，设计泄爆片在一定压力下，打开的仿真（完成一半）

　　这里我实现了流固单向耦合，把爆炸产生的压力传给应力仿真，但是我没解决一个问题，就是：

　　如何实现泄爆片受力超过一定值后，才开启（即做旋转运动）？

　　但是我的主要解决方向如下，还没尝试：

　　　　1，尝试给接触添加摩擦参数，同时采用旋转连接副

　　　　2，尝试在双向流固耦合中用UDF控制动网格的开启

　　现在主要实现了泄爆片的开启。

 

3.实现流固双向耦合，验证泄爆仿真的可信性（完成一半）

　　这里我实现了双向流固耦合（应该吧），但是因为还没实现泄爆应力，无法验证泄爆仿真的可信度。这是实验中泄爆的压力图（该文作者的图例还标记错了）：

　　

 

　　讲一下双向流固耦合中几个关键点我是怎么处理的：

　　　　1，流体域和固体域的抽取，用spaceclaim的体积抽取

　　　　2，网格数太多，固体域我先建模，然后用中间面提取，然后在mechanical中用壳单元，这样可以实现网格面的减少

　　　　3，计算不收敛，可以减低网格尺寸；保证fluent动网格区域的网格尺寸和 mechanical中的网格尺寸一致；降低迭代时间步长，我用0.001s；动网格时记得设置高级参数中的最大和最小网格尺寸

　　　　4， mechanical中固定支撑和连接副有重合时，会有告警提示，通常下没有影响

　　给出我的双向流固耦合，计算的时候真的是20ms的仿真我要等一下午，电脑还是太差：

　　

 

 　　有想要我项目的联系我吧，百度云太慢了，阿里云不支持rar的分享。

4.探索泄爆面积分布的影响和泄爆片连接方式的影响（未果）

其他：

　　其实在这之前，想着实现参数化设计集尘器的数字孪生体，参数化还好做，但是数字孪生比较困难。查阅了用Ansys的数字孪生构建，但是在关键一步缺少fluent extension插件（有朋友有的话，可以联系我一下吗？），无法实现降阶rom的构建。去Ansys官网查询插件，得到：

 

 　　即：收美国出口法规影响，不支持插件的下载和获取。

 参考：

　　《碳粉爆炸及泄放特性研究》--于洪闯

　　基于Ansys Twin Builder 2021 R2的数字孪生模型搭建_哔哩哔哩_bilibili

　　【觉兽课堂】Ansys workbench入门 流固双向耦合仿真教程_哔哩哔哩_bilibili

　　【中文版教程】ANSYS Fluent科研级案例煤粉燃烧_哔哩哔哩_bilibili