Fluent多相流模型选择与设定.pdf

1 1. 多相流动模式我们可以根据下面的原则对多相流分成四类： ?气-液或者液 -液两相流：o 气泡流动：连续流体中的气泡或者液泡o 液滴流动：连续气体中的离散流体液滴o 活塞流动 : 在连续流体中的大的气泡o 分层自由面流动：由明显的分界面隔开的非混合流体流动气-固两相流：o 充满粒子的流动：连续气体流动中有离散的固体粒子o 气动输运：流动模式依赖诸如固体载荷、雷诺数和粒子属性等因素最典型的模式有沙子的流动，泥浆流，填充床，以及各向同性流o 流化床：由一个盛有粒子的竖直圆筒构成，气体从一个分散器导入筒内从床底不断充入的气体使得颗粒得以悬浮改变气体的流量，就会有气泡不断 的出现并穿过整个容器，从而使得颗粒在床内得到充分混合 ?液-固两相流o 泥浆流：流体中的颗粒输运液-固两相流的基本特征不同于液体中固体颗粒的流动在泥浆流中，Stokes 数通常小于 1当Stokes 数大于 1 时，流动成为 流化（ fluidization ）了的液 -固流动o 水力运输 : 在连续流体中密布着固体颗粒o 沉降运动 : 在有一定高度的成有液体的容器内，初始时刻均匀散布着颗粒物质随后，流体将会分层，在容器底部因为颗粒的不断沉降并堆积形成了淤 积层，在顶部出现了澄清层，里面没有颗粒物质，在中间则是沉降层，那里 的粒子仍然在沉降。

在澄清层和沉降层中间，是一个清晰可辨的交界面三相流 (上面各种情况的组合 ) 各流动模式对应的例子如下：?气泡流例子：抽吸，通风，空气泵，气穴，蒸发，浮选，洗刷?液滴流例子：抽吸，喷雾，燃烧室，低温泵，干燥机，蒸发，气冷，刷洗?活塞流例子：管道或容器内有大尺度气泡的流动?分层自由面流动例子：分离器中的晃动，核反应装置中的沸腾和冷凝?粒子负载流动例子：旋风分离器，空气分类器，洗尘器，环境尘埃流动?风力输运例子：水泥、谷粒和金属粉末的输运2 ?流化床例子：流化床反应器，循环流化床?泥浆流例子 : 泥浆输运，矿物处理?水力输运例子：矿物处理，生物医学及物理化学中的流体系统?沉降例子：矿物处理2. 多相流模型FLUENT 中描述两相流的两种方法 : 欧拉一欧拉法 和欧拉一拉格朗日 法，后面分别简称欧拉法和拉格朗日法 欧拉法即为两相流模型， 拉格朗日法即为离散相模型欧拉法 着眼于空间的点，基本思想是考察空间一个点上的物理量及其变化在欧拉方法中， FLUENT 将不同的相被处理成互相贯穿的连续介质各相的体积率是时间和空间的连续函数，其体积分率之等于1欧拉法中两相流模型包括: VOF(the volumeoffluid)模型，混合模型和欧拉一欧拉模型VOF模型(Volume of Fluid Model) 混合模型 (Mixture Model) 欧拉模型 (Eulerian Model) 2.1 VOF 模型(Volume of Fluid Model) VOF模型用来处理没有相互穿插的多相流问题，在处理两相流中， 假设计算的每个控制容积中第一相的体积含量为α1， 如果α1=0， 表示该控制容积中不含第一相，如果 α1=1，则表示该控制容积中只含有第一相，如果0species ；选择species transport ；下面的 reactions 不要选；然后选择一个包含 H2O的mixture material；默认的 mixture-template就可以；然后在 DPM属性设置中的 particle type选择Droplet；在Material中选water-liquid；14 在 Evaporating Species 中选 H2O；__________________________________________ （1）请问 DPM 模型的使用前提条件是什么 ?使用中有什么限制 ? 答案： 颗粒相体积分数占气相体积分数小于10%。

此时可将颗粒相视为离散相，可用DPM， 否则可视为连续相 （拟流体）， 采用两相流模型 （Mixing Model 、Euler Model）（2）那么颗粒相可以是液体吗? 答案： 可以是液滴 ,你可以假设液滴为球形的,这样就可以了还可以做一些其他假设3）在DPM 模型中，在离散相的设定中采用surface，颗粒分布 rosin 分布，计算为稳态，计算完成后，在相同条件下利用 partical tracking 得出的分离效率均不同， 又是差别还比较大 请问是不是用这种方法不能得出分离效率，或者 fluent 这种计算随机性较大呢？答案： 将射流源里面的 number of tries 的值增大，发现这样可以看到湍流对于离散相的影响， 你每点一次显示的值不一样，也是因为湍流的影响， 多次的点击就相当于将上面的值增大，不过是将多次的计算结果都显示在一个窗口上，（4）当我将计算模型从 segregated 转换成 coupled 的时候，在运行 DPM 计算模型时，出现如下错误：Error: couldn't allocate fine level coefficient matrix Error Object: () 请问如何消除？如果换回segregated ，问题又没有了，我想是不是使用coupled（solver）的时候另有设置？答案：我的理解，既然选定的解算器， 就已经决定了求解的方式： 是分别求出各变量（segregate ），还是所有方程联立共同求出各变量（coupled）。

但你从 segregate 变为coupled 时，是否考虑了有时，这两个是不可以相互交换的？比如用segregate 时，可以不考虑能量方程，而从连续方程和动量方程求解出压力速度场，然后再求解出温度场，这样这几个参数不是相互依赖的关系而用coupled 是，方程是耦合的，必须同时求解我想，大概出现问题的原因在这里5） 使用segregated 时可以不考虑能量方程， 那是不是也可以考虑， 还有在solver 中选定 energy 一项，是不是就算考虑了能量方程？答案：这里说的是求解过程中，比如温度变化不大时，粘度可以认为是常数，这15 样流体运动不受温度场的影响，流场可以独立于温度场求解，这时，可以先从连续方程和动量方程中求解出速度和压力来，然后带入能量方程中求出温度来并不是说不考虑能量方程，只是它们间的相互作用可以不考虑也就是说将运动和传热问题分开来分析了所以叫segregated ，而coupled，是由于几个因素相互影响不能忽略，比如粘度时温度和函数等等，必须同时考虑，所以在求解时，要同时解出来，不分先后所以叫耦合6）在DPM（discrete phase model ）中，有分散相（ particle）位置定义，即 first position 和last position， 请问各位这两项分别代表什么， 要是需要定义多个 particle 的位置，该怎么操作？答案：first position 是你选 group 时第一个喷口的位置， last 嘛就是最后那个了你想定义多个的话，就多产生几个injection 好了啊（7）我用 DPM 模型模拟粉尘在湍流中的扩散，现有关于离散相参数设置的问题不明，就是在设置两相耦合设置的时候，Number Of Continuous Phase Iterations Per DPM Iteration 也就是迭代计算的时间间隔数应该设多少？如果太大是不是耦合的不好，而太小对连续相影响太大，引起波动不容易收敛。

答案：Number Of Continuous Phase Iterations Per DPM Iteration 我通常设为 20 次（8）我用颗粒云模型计算出来的结果跟用随机轨道模型的结果不同啊，颗粒云中的最小颗粒群半径应该是0 吧，那么设置不同的最大颗粒群半径结果也有很大差异，现在关键是颗粒云模型的最小以及最大颗粒群半径应该设多少，这个数如果大于某个数值结果就都一样了，如果较小对结果影响就很大答案： 用颗粒云模型计算出来的结果跟用随机轨道模型的结果不同这很正常啊，因为两者的模拟方式不同， 怎可能期待会有相同的結果？设置不同的最大颗粒群半径结果也有很大差异， 這也是很合理的！顆粒的大小本来就会影响流场的性质我发现耦合的时间间隔对结果的影响不是很大，那么设10，20 也都差不多关键是颗粒云模型的最小以及最大颗粒群半径应该设多少？顆粒半径的大小，应该取决于要模拟的物体其半径有多大（可以估计） 壁面热边界条件中的所有参数结合不同的壁面种类进行说明：一、主要壁面边界参数的说明1、壁面厚度 (Wall Thickness) : 指定流场中 Wall 的厚度，默认值 0，作为0 厚度的Wall 来处理。

当给定厚度的时候，因为壁本身有一定的面积，它和厚度的乘16 积得到 Wall 的体积，由于固体材料有一定的热容， 所以这样设置后 Wall 条件就有一定的热吸收和贮存的能力一般来讲，如果在建模时把较厚的壁简化成壁面的话，有时就要考虑这种壁面的热吸收和贮存效应2、壁面热产生率（ Heat Generator Rate）：单位体积的 Wall 产生的热量这里不要误解， 因为和壁面的厚度配合使用 ，所以它是体积单位的倒数 如果壁面厚度为 0，这个壁面热产生率也就没有意义了，因为有厚度的壁面才是有体积的壁面一般来讲，这种条件用来处理总的发热流率已知，均匀壁面散热问题注意：这两个条件和具体的壁面种类选取无关，故放在前面，单独分析3、热流壁 (Heat Flux) ：这是一个最常用的壁面条件，给定壁面的热流，通过计算可以得到壁面的温度 如果热流为 0，就是简单而著名的 绝热壁条件 )4、温度壁（ Temperature ）：这个温度壁可以简单的 给定常数温度，形成恒温壁，也可以用 UDF 等指定随时间变化的温度 这种条件下， 可以得到整个流场对壁面的热流率5、对流壁（ Convection ）：对流壁要求指定外部热对流系数（ExternalHeat Transfer Coefficient ）和外部参考温度 （ External Heat SinkTemperature ）,它的物理意义是， 相当于在流场外， 也就是壁面外指定一个给定温度和对流系数的对流源，它们向流场内通过对流的方式传输热流。

特别要注意的是，在对流壁的界面中，它们分别写成 Heat TransferCoefficient 和Free Stream Temperature 6、辐射壁（ Radiation ）：辐射壁要求指定外部辐射系数（Emissivityof The External Wall Surface ）和外部辐射参考温度（ Temperature ofThe Radiation Source or Sink On The Exterior）, 它的物理意义是， 相当于在流场外，也就是壁面外指定一个给定温度和辐射系数的辐射源，它们向流场内通过辐射的方式传输热量特别要注意的是，在辐射壁的界面中，它们分别写成ExternalEmissivity和External Radiation Temperature 7、对流和辐射混合壁（ Mixed）：这就是 5和6中讲到的两种壁的混合 , 在这里就不多讲了8、内部辐射系数（ Internal Emissivity）：当采用辐射模型计算流场热辐射的时候，如离散坐标辐射模型（ DO ）等，在壁面条件中增加了这样一个参数它是一个控制壁面热辐射流率的参数它的选定根据固体材料的种类选定。

这可以查材料手册得到17 二、要明确的几个问题1 、外部辐射系数（ External Emissivity ） VS 内部辐射系数（ Internal Emissivity）FLUENT 中采用这样两个相似的名字有它一定的道理，它们都是用来计算辐射的时候要在总辐射。