Barracuda

Barracuda是一款专门用于模拟“颗粒 - 流体”系统流动及化学反应的商用软件包,致力于工业尺度的流化装置模拟,众多政府研究机构和世界财富500强企业选用它来做工厂设计和工艺过程优化。以下是其详细介绍:

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一、核心技术与数值方法

  1. 采用先进数值方法

  • Barracuda技术由三维多相颗粒 - 单元(3D - Multiphase Particle - in - Cell,3D - MP - PIC)这一先进的专有数值方法驱动。此方法用于包含紧密流体 - 颗粒耦合及热物理和反应化学详细考虑的CFD模拟流体 - 颗粒流动,由CPFD软件公司开发。

  • 能够模拟含有任意数量的离散颗粒固体和任意粒度分布的流体 - 颗粒流动,可提供流化反应器内部的真实虚拟视角。

  • 支持包含无限数量的流体材料、固体颗粒、颗粒种类、气/蒸汽泡以及泡种类的模拟,并且能完全控制定义每种物种的全粒度分布(PSD)。

  2. 利用GPU并行计算技术

  • 配备专门设计以实现最大并行计算效率的数据结构和求解器,使得涉及工业规模颗粒数(10^15及以上)的模拟成为可能。

  • 对于工业规模的热力学和反应系统模拟,GPU并行计算可将模拟速度提高至多100倍。Barracuda Virtual Reactor提供了多种产品选项,Basic版支持在CPU串行模式下运行求解器,Performance版支持单GPU加速,而Performance Plus版和Enterprise版则支持多GPU加速。不过,在GPU并行模式下运行Virtual Reactor需要兼容的NVIDIA GPU硬件及购买GPU并行许可证,且多GPU加速仅在Linux上受支持。

二、功能特性

  1. 高效建模颗粒 - 流体水动力学

  • 强大且精密的自动时间步进控制有助于在更短时间内提供基于物理的瞬态模拟,无需深入理解复杂的求解器设置,并且Barracuda比其他CFD代码更为稳健和稳定。

  2. 三维CAD导入与网格生成

  • 支持行业标准STL文件格式,能够从广泛的CAD实体建模工具中导入三维几何,为当今多CAD环境提供高效的工作流程。

三、在流化模拟方面的优势

  1. 准确模拟颗粒流动的基本机理

  • 在最基本的层面,使用固定网格的欧拉方法模拟气相和液相(与传统CFD方法相同),将颗粒状固体用拉格朗日(无网格)方法模拟为大量离散体。

  • 可以捕获由颗粒尺度分布(PSD)引起的所有重要机理,用户也可以指定任意的颗粒尺度分布,定义不限数量的组分,如煤和沙子等。还能模拟其它机理,包括完全耦合的流体 - 颗粒曳力、真实的壁面冲击和反射、涉及颗粒固体的化学反应、由于气化而导致颗粒尺度缩小等。

  2. 经历流化实验数据的验证

  • 是颗粒固体研究公司(PSRI)的完全会员,可以分享PSRI的实验数据,PSRI也是Barracuda的用户,使用Barracuda设计实验。此外,该软件利用公开文献数据作了大量验证性研究,也经历了用户专有数据的验证。

  3. 快速计算

  • 计算速度快,能够在设计期限内得到一个有意义的准定常特性,允许迅速地在不同设计之间做出权衡。

四、应用案例广泛

  1. 化工领域

  • 例如在催化裂化技术工程与工艺、催化裂化工艺流程及主要设备、化学反应速率、颗粒的流态化、气流床气化法、循环化学反应工艺装置等方面有应用案例。

  2. 多晶硅行业

  • 可用于模拟流化床反应器中三氯氢硅生产等,在多晶硅工业的应用中涉及流化床反应器等相关模拟。

  3. 其他领域

  • 包括设备磨损及液体注射案例(如换热器的磨损、流化床中的液体注射等)、重力沉降器算例、旋风分离器相关模拟等,在循环流化床锅炉、湍动流化床反应器、料仓下料应用等方面也有应用。



——标签创建日期2024年11月27日 

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