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Toward high-order CFD-DEM: development and validation

Toni El Geitani, Shahab Golshan et Bruno Blais

Article de revue (2023)

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Abstract

CFD-DEM is used to simulate solid–fluid systems. DEM models the motion of discrete particles while CFD models the dynamics of the fluid phase. Coupling both necessitates the calculation of the void fraction and the solid–fluid forces resulting in a computationally expensive method. Additionally, evaluating volume-averaged quantities locally restricts particle to cell size ratios limiting the accuracy of the CFD. To mitigate these limitations, we develop a unified finite element CFD-DEM solver which integrates the CFD and DEM solvers into a single software resulting in faster and cheaper coupling between the solvers. It supports dynamically load-balanced parallelization. This allows for more efficient simulations as load balancing ensures the even distribution of workloads among processors; thus, exploiting available resources efficiently. Our solver supports high order schemes; thus, allowing the use of larger elements enhancing the validity and stability of the void fraction schemes while achieving better accuracy. We verify and validate our CFD-DEM solver with a large array of test cases: particle sedimentation, a fluidized bed, the Rayleigh Taylor instability, and a spouted bed.

Mots clés

Département: Département de génie chimique
Centre de recherche: URPEI - Unité de recherche en procédés d'écoulements industriels
Organismes subventionnaires: NSERC
Numéro de subvention: RGPIN-2020-04510
URL de PolyPublie: https://publications.polymtl.ca/52602/
Titre de la revue: Industrial & Engineering Chemistry Research (vol. 62, no 2)
Maison d'édition: ACS
DOI: 10.1021/acs.iecr.2c03546
URL officielle: https://doi.org/10.1021/acs.iecr.2c03546
Date du dépôt: 18 avr. 2023 14:58
Dernière modification: 06 déc. 2025 13:56
Citer en APA 7: El Geitani, T., Golshan, S., & Blais, B. (2023). Toward high-order CFD-DEM: development and validation. Industrial & Engineering Chemistry Research, 62(2), 1141-1159. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.2c03546

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