本案例利用Fluent DDPM模型模拟旋流器分离稠密固体颗粒的基本设置流程。

旋流器主要用于分离液体中的固体颗粒。混合物进入旋流器后，在离心力的作用下，固体颗粒向壁面加速运动，而液体向中心运动。固体颗粒继续以螺旋状向下流动，并在底流口被收集，液体通过溢流口离开旋流器，其工作原理如下图所示。

本案例先计算稳态纯流体流场，后加入颗粒计算瞬态流场。

注：本案例仅为了观察不加颗粒时稳态计算的结果，事实上完全可以直接采用瞬态计算。

• 以3D、Double Precision方式启动Fluent
• 读取计算网格Cyclone.msh
• 点击工具按钮Domain > Make Polyhedra将四面体网格转化为多面体网格

1 稳态流场计算

1.1 General设置

• 如下图所示，激活重力加速度为Y轴-9.81m/s2

1.2 Models设置

• 选择使用 SST k-omega湍流模型

1.3 Materials设置

• 添加材料介质water-liquid(h2o)，如下图所示

1.4 Cell Zone Condtions设置

• 设置计算区域的介质为water-liquid

1.5 边界条件设置

1、inlet边界

• 设置入口边界为2 m/s

2、overflow边界

• 将overflow边界类型改为pressure-outlet

• 指定overflow边界出口静压为0

3、underflow边界

• underflow边界采用默认设置

注：有些旋流器的底流口并不是密封的，此时可以给定一个压力条件。

1.6 Methods设置

• 指定求解算法，如下图所示

1.7 初始化计算

• 初始化计算

1.8 迭代参数设置

• 设置迭代计算500步

大概200步计算收敛到1e-3。

• 截面上压力分布如下图所示

• 区域内速度矢量分布如下图所示

• 流线分布

注：稳态计算不是必须的。

2 瞬态颗粒计算

2.1 General设置

• 进入General面板，激活Transient选项

2.2 Models设置

• 按下图顺序设置激活DDPM模型

• 新建一个入射器

• 如下图所示指定颗粒参数，注意设置Discrete Phase Domain为phase-2

• 指定主相为water-liquid

• 如下图所示，指定次相为颗粒，并修改其名称为dust，其他参数如图所示

• 进入颗粒入射器界面，修改颗粒阻力模型为Gidaspow

• 如下图所示，修改入射器颗粒精度控制参数

2.3 边界条件设置

• 指定inlet边界的DPM条件为reflect

• 指定underflow边界的DPM条件为trap

2.4 自动保存

• 设置自动保存参数

2.5 迭代计算

• 设置时间步长与时间步数，如下图所示开始计算

注：计算时间太长，本案例只计算了0.7 s，若颗粒跟踪未达到稳定，计算时间对于后续的效率计算存在一定的影响，实际计算时应当计算足够长的时间，以建立稳定的分离工况。

2.6 计算结果

• 0.7 s时刻颗粒状态如下图所示。看样子还需要往下计算才行，颗粒尚未触底。

• 统计进出口颗粒信息，如下图所示

可得到分离效率：

需要注意，若分离工况为达到稳定，继续计算可能会有不同的分离效率，但计算分离效率的方式是相同的。

案例文件下载：

本篇文章来源于微信公众号: CFD之道