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FLUENT填充床反应器模拟

内容纲要

本教程演示了二维轴对称流动和传热的填充床反应器模拟过程。

 1     启动FLUENT并导入网格 
(1)在Windows系统下执行“开始”→“所有程序”→ANSYS 2021→Fluid Dynamics→Fluent 2021命令,启动Fluent 2021。

(2)单击主菜单中File→Read→Mesh命令,导入.msh网格文件。

(3)单击主菜单中Domian→MeshScale命令,弹出Scale Mesh对话框,Mesh Was Created In选择mm,单击Scale按钮。

 2     定义模型 

(1)单击命令结构树中General按钮,弹出General(总体模型设定)面板。在SolverTime中选择Transient,2D Space选择Axisymmetric。

(2)在模型设定面板Models中双击Viscous按钮,弹出Viscous Model(湍流模型)对话框,在Model中选择Laminar,单击OK按钮确认并关闭对话框。

(3)激活能量方程。

 3     设置UDF 

(1)单击主菜单中User-Defined→Functions→Compiled按钮,导入以下UDF文件。

#include "udf.h"
real delta_t;int time_step;
#define d_b 0.00683 /* mean diameter of bulk material */real rho_b = 2250.; /* particle density */real cp_b = 835.; /* specific heat capacity */real A_V_sphere = 6.0/d_b; /* area-to-volume ratio of a sphere*/real A_b_V; /* area-to-volume ratio */
enum{ T_B, N_REQUIRED_UDS}; DEFINE_ADJUST(pm_adjust, domain){  delta_t = RP_Get_Real("physical-time-step"); time_step = RP_Get_Integer("time-step");}

DEFINE_UDS_UNSTEADY(pm_first_order, c, t, i, apu, su){ real vol; /* cell volume */ real vol_m1; /* cell volume time step minus 1 */ real fac; /* factor in time derivative */ real fac_m1; /* factor at time step minus 1 */ real eps_b = 1.0 - C_POR(c,t); /*solid volume fraction*/
  vol    = C_VOLUME(c,t); vol_m1 = vol; fac = rho_b*cp_b*eps_b; fac_m1 = fac; *apu = -fac*vol / delta_t; *su = fac_m1*vol_m1*C_UDSI_M1(c,t,i)/delta_t;}
DEFINE_UDS_UNSTEADY(pm_scnd_order, c, t, i, apu, su){ real vol; /* cell volume */ real vol_m1; /* cell volume time step minus 1 */ real vol_m2; /* cell volume time step minus 2 */ real fac; /* factor in time derivative */ real fac_m1; /* factor at time step minus 1 */ real fac_m2; /* factor at time step minus 2 */ real eps_b = 1.0 - C_POR(c,t);
if ((time_step < 2) || (n_time_levels == 2)) pm_first_order(c,t,i,apu,su); else {    vol    = C_VOLUME(c,t); vol_m1 = vol; vol_m2 = vol; fac = rho_b*cp_b*eps_b; fac_m1 = fac; fac_m2 = fac; *apu = - 1.5*fac*vol / delta_t; *su = (2*fac_m1*vol_m1*C_UDSI_M1(c,t,i) - 0.5*fac_m2*vol_m2*C_UDSI_M2(c,t,i))/delta_t; }}
real htc(cell_t c, Thread *t){ real Nu, Re, Pr;
Re = ND_MAG(C_U(c,t),C_V(c,t),C_W(c,t))*d_b*C_R(c,t)/C_MU_L(c,t); Pr = C_CP(c,t)*C_MU_L(c,t)/C_K_L(c,t); Nu = 2.+ 1.1 * pow(Re,0.6) * pow(Pr,1./3.);
return Nu*C_K_L(c,t)/d_b;}
DEFINE_SOURCE(energy_source, c, t, dS, eqn){ real pref; real source; real eps_b = 1.0 - C_POR(c,t); A_b_V = eps_b*A_V_sphere; pref = htc(c,t)*A_b_V; source = -pref*(C_T(c, t) - C_UDSI(c, t, T_B)); dS[eqn] = -pref; return source;}
DEFINE_SOURCE(uds_source, c, t, dS, eqn){ real pref; real source; real eps_b = 1.0 - C_POR(c,t);
A_b_V = eps_b*A_V_sphere; pref = htc(c,t)*A_b_V; source = pref*(C_T(c, t) - C_UDSI(c, t, T_B)); dS[eqn] = -pref; return source;}

(2)单击主菜单中User-Defined→Scalars按钮,激活UDS。

(3)单击主菜单中User-Defined→Function Hooks按钮,设置UDF函数。

 4     设置材料 

(1)单击主菜单中Setting Up Physics→Materials→Create/Edit,弹出Create/Edit Materials(材料)对话框。设置air的Density为1.1,Cp为1010,Thermal Conductivity为0.0276,Viscosity为1.95e-05。

单击UDS Diffusivity旁边的Edit按钮,弹出UDS Diffusion Coefficients对话框,设置Coefficients为1.84。


(2)在Fluent Database Materials对话框中导入固体物质copper。

(3)创建新的固体物质glass,Density设置为2250,Cp为0,Thermal Conductivity选择为orthotropic。

 5     设置计算域 

(1)设置计算域,在Fluid对话框中勾选Porous Zone和Source Terms。

(2)在Source Terms选项卡中,单击Energy旁边Edit按钮,设置Energy Sources。

单击User Scalar 0旁边Edit按钮,设置User Scalar sources。

(3)在Porous Zone选项卡中,取消勾选Relative Velocity Resistance Formulation,设置Viscous Resistance为1.41e+07,Inertial Resistance为4181,Porosity为0.423,设置Solid Material Name为glass。

 6     设置边界条件 

(1)单击主菜单中Setting Up Physics→Zones→Boundaries按钮启动的边界条件面板。

(2)在边界条件面板中,设置Inlet,Velocity Magnitude填入0.2085,Temperature填入320.15,单击OK按钮确认退出。

(3)设置external-wall,Thermal Conditions选择为Convection,Material Name选择为copper,Heat Transfer Coefficient填入70,Free Stream Temperature填入383.15,单击OK按钮确认退出。

 7     初始条件 
单击主菜单中Solving→Initialization按钮,弹出Solution Initialization(初始化设置)面板。

Initialization Methods中选择Standard Initialization,单击Initialize按钮进行初始化。

 8     计算求解 

单击主菜单中Solving→Run Calculation按钮,弹出Run Calculation(运行计算)面板。

在Time Step Size中输入10,在Number of Time Steps中输入200,单击Calculate开始计算。

 9     结果后处理 

(1)进入CFD-Post界面。

(2)显示云图。

本篇文章来源于微信公众号: 南流坊

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文章名称:《FLUENT填充床反应器模拟》
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