【FLUENT案例】02：DPM模型

您所在的位置：网站首页 › fluent如何导出云图数据 › 【FLUENT案例】02：DPM模型

【FLUENT案例】02：DPM模型

2024-06-27 07:19| 来源: 网络整理| 查看: 265

1 引子1.1 案例描述1.2 学习目标1.3 模拟内容2 启动FLUENT并导入网格3 材料设置4 Cell Zones Conditions5 Calculate6 定义Injecions7 定义DPM材料8 颗粒追踪9 设置粒子分布直径10 粒子追踪11 统计出口面上粒径分布12 修改壁面边界以捕捉颗粒13 颗粒追踪14 考虑湍流效应15 考虑冲蚀16 后处理查看壁面冲蚀云图17 导出数据到CFD-POST18 CFD-POST操作本案例延续案例1的模型及计算结果。

1 引子 1.1 案例描述

本案例描述了如何在FLUENT中使用DPM模型。在前面的案例中，模拟了T型管中的单相流动。本案例将使用相同的T型管模型，模拟颗粒进入T型管后的运动轨迹。

1.2 学习目标

本案例学习目标包括：

定义颗粒材料向计算域中注入颗粒使用常数或分布函数定义颗粒粒径包含颗粒的随机效应预测管道壁面的冲蚀损伤 1.3 模拟内容

本案例模拟的是几何模型与案例1相同，不过介质为丙烷，同时还有水滴注入到计算域中。

模拟液滴被气体带入管道中的运动轨迹使用分布粒径，预测固体壁面上的冲蚀（或附着） 2 启动FLUENT并导入网格

采用案例1的Case，导入过程这里不详述。

3 材料设置在FLUENT材料库中添加材料Propane(c3h8) 4 Cell Zones Conditions 设置计算域材料为Propane 5 Calculate 设置计算150步，获取新的计算结果 6 定义Injecions 鼠标双击模型树节点Discrete Phase > Injections，在弹出的对话框中选择按钮Create

在弹出的Set Injection Properties对话框中，进行如下图所示的设置。

7 定义DPM材料鼠标双击模型树节点Materials > Inert Particle > anthracite，弹出材料属性设置对话框，改变Density参数值为1000，如下图所示，点击按钮Change/Create并关闭对话框。

8 颗粒追踪鼠标双击模型树节点Results > Graphics > Particle Tracks，弹出颗粒追踪参数设置对话框

点击对话框中的选项Draw Mesh前的复选框，弹出Mesh Display对话框，点击Display按钮。点击Close按钮关闭对话框。

返回Particle Tracks面板，选择Release from Injections列表框中的injection-0，点击按钮Track进行粒子追踪此时TUI窗口显示信息如图所示：

图中信息为：追踪粒子数量158个，其中逃逸158个，丢失0个，捕捉0个，蒸发0个，未完成0个

点击Display按钮，显示粒子追踪图（颗粒停留时间），如下图所示。

关于DPM的一些分析：在本例中，液滴从”inlet-z”边界释放进入计算域，该边界上有158个网格，追踪158个轨迹

每一个液滴直径均为1×104m1×104m，其密度为1000kg/m31000kg/m3，因此液滴质量为5.22×10−10kg5.22×10−10kg 这里假设从相同位置以相同条件进入计算域的粒子具有相同的轨迹计算中输入的质量流量为1kg/s，因此158个粒子用于表征1.2×1071.2×107个真实粒子（1/(5.22×10−10×1581/(5.22×10−10×158) The droplet (or particle) progresses through the domain through a large number of small steps. At each step, the solver computes the force balance acting on a single droplet (diameter 1x10-4 m) – hence considering the drag with the surrounding fluid, droplet inertia, and if applicable gravity. The mass transported is that of all the droplets in that stream (1.2x107 droplets/sec). 液滴与连续相间可以是单向耦合也可以是双向耦合。本案例采用的是单向耦合。单向耦合意味着流体可以影响DPM粒子的动量及能量，但是DPM粒子运动不会影响到其周围连续相的流场。因此可以在后处理中计算DPM轨迹若有必要的话，可以通过在DPM模型设置面板中激活Interaction with Continuous Phase选项来开启双向耦合。双向耦合计算中连续相收敛要比单向计算困难，往往需要更多的迭代步，在计算的过程中，没有必要再每一个流动迭代步中计算DPM轨迹，通常在5-10个迭代步后更新粒子轨迹。 9 设置粒子分布直径

前面对于粒子直径采用常数，这里改为使用Rosin-Rammler分布。 R-R分布指的是颗粒质量分数与直径间的函数关系：

Y(d)=e−(d/d¯)nY(d)=e−(d/d¯)n 式中，d¯d¯为平均粒径

双击模型树节点Models > Discrete Phase(On) > Injections > Injection-0，如下图所示。

在弹出的对话框中进行如下设置设置Diameter Distribution为Rosin-rammler 设置Min Diameter为1e-4 设置Max Diameter为5e-4 设置Mean Diameter为4e-4 设置Number of Diameters为10 点击OK按钮确认操作并关闭对话框。如下图所示。

10 粒子追踪采用第8步相同的方式进行Particle Tracks

粒子追踪（颗粒停留时间）如下图所示。

此时TUI窗口消息如下图所示。

此时追踪的粒子数量变为了1580个，是因为在上一步中设置Number of Diameters为10，所以总的粒子数量为10×158=158010×158=1580个。 11 统计出口面上粒径分布

-鼠标点击模型树节点Results > Reports > Discrete Phase > Sample，如下图所示。

在弹出的对话框（如下图所示）中选择Boundaries为outlet，选择Release from Injections为injection-0，点击Compute按钮，如下图所示。

点击模型树节点Results > Reports > Discrete Phase > Histogram，弹出如下图所示的对话框。点击Read…按钮，加载上一步生成的文件outlet.dpm 进行如下图所示设置。选择Sample为outlet，选择variable为diameter，选择weight为mass-flow

点击Plot按钮显示图像。如下图所示。（也可以将数据输出，然后用其他后处理工具绘图）

12 修改壁面边界以捕捉颗粒鼠标双击模型树节点Boundary Conditions > wall-fluid(wall)，弹出边界设置对话框切换到DPM标签页，设置Boundary cond. Type为Trap，如下图所示点击OK按钮关闭对话框

13 颗粒追踪

按第8步相同的方法进行粒子追踪。TUI窗口显示如下图所示的信息。可以看出，释放了1580个颗粒，其中逃逸857个，捕捉723个。颗粒追踪（粒子停留时间）如下图所示。

14 考虑湍流效应双击模型树节点Models > Discrete Phase(On) > Injections > Injection-0，弹出如下图所示对话框。切换至Turbulent Dispersion标签页，激活Discrete Random Walk Model，设置Number of Tries为10，点击OK按钮关闭对话框。

采用如步骤8所描述的粒子追踪方法。 TUI窗口显示消息如下图所示。

从图中可以看出，追踪颗粒数量变为了15800，其中逃逸5324，捕捉3591，追踪未完成6885

追踪颗粒之所以变为了15800，是因为使用随机模型的时候设置了Number of Tries为10，故总颗粒数量为158×NumberofDiameters×NumberofTries158×NumberofDiameters×NumberofTries 这里反映有未完成颗粒，可以通过增大Discrete Phase Model面板中的Max Number of Step来改善。该值默认为500。将此值增大至2000，则未完成颗粒消失。

15 考虑冲蚀计算冲蚀必须使用双向耦合

为计算资源考虑，关闭Discrete Random Walk

双击模型树节点Discrete Phase，在弹出的对话框中进行如下图所示的设置。