Modélisation CFD-DEM accélérée par GPU du flux gaz-solide avec une géométrie complexe et une application aux dynamiques de couloirs dans les hauts fourneaux à échelle industrielle

Le couplage de la dynamique des fluides computationnelle (CFD) et du modèle par éléments discrets (DEM) est un outil puissant pour simuler des systèmes de particules denses, mais la CFD-DEM conventionnelle a des limites pour les systèmes avec un grand nombre de particules et une géométrie complexe. Cet article présente un nouveau modèle CFD-DEM basé sur GPU pour simuler le flux gazeux-solide avec un grand nombre de particules et une géométrie complexe. Une nouvelle stratégie de couplage entre le solveur CFD et le solveur DEM est développée, offrant une grande efficacité et stabilité. Le modèle développé est validé par rapport aux mesures expérimentales, et son efficacité est comparée aux simulations CFD-DEM précédentes. Ensuite, à titre de démonstration, le modèle est utilisé pour simuler le comportement dynamique du flux gazeux-solide dans le couloir dans les hauts fourneaux de sidérurgie en tenant compte des détails complexes de la structure de la tuyère et du grand nombre de particules impliquées. Ce modèle permet d'étudier l'effet de l'angle de la tuyère en termes de formulation des couloirs et d'érosion de la tuyère. Les résultats montrent que le volume de couloir le plus grand et le plus stable peut être atteint à 5° de tuyère descendant, bien que le nez de tuyère à -5° subisse davantage d'usure que la tuyère à 10° descendant. Le modèle fournit un outil rentable pour surmonter le défi de longue date de simuler des systèmes fluides-particules denses avec un grand nombre de particules et une géométrie complexe.