Particle-resolved direct numerical simulation of reacting particulate two-phase flows
Yiqi Song, Xue Li*, Mao Ye*（叶茂）, Zhongmin Liu
Keywords: Particle-resolved; Particulate two-phase flow; Multiscale; Chemical reaction models
DOI: 10.1016/j.partic.2026.04.021
颗粒解析直接数值模拟（PR-DNS）能够精确解析颗粒周围局部流场，有效捕捉颗粒表面细微反应特征，可揭示颗粒-流体间流体动力学相互作用的物理特性与内在机制。目前，该方法已广泛应用于燃烧、气化、催化等各类复杂多相反应体系，为相关工艺优化与反应器结构设计提供了重要的理论支撑。
本文系统综述了PR-DNS在两相反应流系统中的研究进展，重点梳理了该方法在化学反应模型（致密固体反应模型、多孔介质反应模型）、相间传热传质、流体动力学特性、反应器优化等多个方向取得的研究成果。
现阶段，PR-DNS技术虽已取得诸多进展，但在应用中仍面临计算成本高、多尺度耦合难度大等多方面挑战。针对这些问题，本文从多维度明确了PR-DNS技术的未来研发重点与发展方向。需开发高精度颗粒反应模型，将颗粒表面非均匀反应特性、颗粒形貌动态演化规律，以及温度、浓度梯度等多物理场效应纳入反应模型体系，进一步提升 PR-DNS的模拟精度，强化其与实际工业过程的适用性。可融合机器学习算法与局部网格加密技术，将PR-DNS 模拟获得的曳力系数、传热系数等精细化局部特征数据库嵌入粗网格模型中，构建新型高效的多尺度模拟框架，在保障高计算保真度的基础上，大幅降低计算成本，同时兼顾数值模拟的精度与效率。通过建立 “微观机理指导宏观特性” 的跨尺度一体化仿真体系，最终实现面向工业尺度的高效精准数值模拟。
综上，颗粒解析直接数值模拟方法仍是解析两相反应流体系不可或缺的强有力工具。随着各类新兴计算方法与数值模型的持续迭代优化，PR-DNS技术将持续赋能绿色可持续化工工艺研发、反应器工程创新升级等领域，展现其广阔的应用前景与巨大的发展潜力。
相关研究成果发表于PARTICUOLOGY（Volume 114），收录于专刊“Special issue honoring the career contributions of Professor Yong Jin and Professor Zhiqing Yu”。客座编辑为加拿大西安大略大学祝京旭教授和清华大学张强教授。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
Song, Y., Li, X., Ye, M., & Liu, Z. (2026). Particle-resolved direct numerical simulation of reacting particulate two-phase flows. Particuology, 114, 337-352. https://doi.org/10.1016/j.partic.2026.04.021