德国波鸿鲁尔大学：查表法——DEM模拟颗粒内部热传导问题的加速解决方案--颗粒学报PARTICUOLOGY

在DEM模拟中，准确捕捉热厚型（thermally thick）颗粒的内部非均匀温度场至关重要。然而，采用传统的有限体积法（FVM）求解颗粒内部能量守恒方程时需要高的空间和时间分辨率，其高昂的计算成本成为大规模系统模拟的瓶颈问题。针对这一挑战，德国波鸿鲁尔大学研究团队将气相燃烧领域中的查表降维思想（如 Flamelet Generated Manifolds, Flamelet Progress Variable, flame-prolongation of ILDM 等）创造性地应用于固体颗粒内部的瞬态热传导问题，提出一种基于预计算数据库的查表法加速方案，其核心在于摒弃了传统在线离散求解能量方程的方式，转而通过查询在预处理阶段利用 FVM 精确模拟单颗粒在不同边界条件下生成的数据库来获取关键数据。

具体而言，研究工作从基础的热传导问题入手。作者精心设计并生成了两个预计算数据库：Database A ——基于流体温度恒定的边界条件模拟构建；Database B ——基于流体温度线性变化的边界条件模拟构建。数据库的核心设计理念在于选取表征外部驱动力的对流热流率和表征颗粒内部热状态的表面与核心温差作为输入参数，直接输出表面温度变化率和核心温度变化率。这种参数化方式巧妙地捕捉了颗粒热响应的动态特性。利用此查表模型，可高效而精确地预测热厚型颗粒在对流作用下的非稳态传热过程。

为验证模型的精度与效率，研究团队模拟了流体温度呈周期性变化的单颗粒内部传热过程，并将查表法的预测结果与传统 FVM 进行了对比。结果表明，该查表法能够高精度地复现 FVM 的计算结果，同时将计算成本显著降低至 FVM 的 1/3 到 1/10（即最高可加速 10 倍）。本文提出的高效查表方案，为大规模颗粒系统的高效热模拟开辟了新途径，对推动颗粒系统多物理场耦合模拟的实际应用具有重要价值。此外，该查表框架展现出良好的可扩展性，未来有望进一步应用于模拟颗粒内部更为复杂的物理化学过程。

相关研究成果发表于PARTICUOLOGY（Volume 103），欢迎感兴趣的读者扫描下方二维码或者点击文末“阅读原文”进入ScienceDirect官网阅读、下载！

编辑、排版：《颗粒学报》编辑部

文章信息

Bergold, T., Illana-Mahiques, E., & Scherer, V. (2025). Tabulation as a method to accelerate intraparticle models in DEM: Thermal conduction as an example. Particuology, 103, 277-285. https://doi.org/10.1016/j.partic.2025.06.004.

附件：