【Fluent案例】26：流化床

对于稠密的颗粒运动，Fluent除了可以利用欧拉和Mixture模型外，还提供了稠密离散相（DDPM）模型，不过这些模型均无法考虑颗粒间的摩擦力及接触力。DEM碰撞模型扩展了DPM模型的功能，能够考虑颗粒间的接触力与摩擦力，因此可用于非常稠密颗粒流动的模拟。该模型可以与DDPM（Dense DPM）模型何用以模拟颗粒对主相的阻碍作用，因此可以用于鼓泡流化床、提升管、气力输送系统以及泥浆流动。特别对于以下情况，DEM模型特别有用：

• 当颗粒粒径分布很广时

• 当计算网格相对粗糙时

本案例演示DDPM模型的使用，其中颗粒碰撞通过DEM模型来考虑。

本例中，我们将会模拟模拟一个鼓泡流化床，并且决定其在给定表观速度情况下的工作行为。矩形床的尺寸为0.2m*0.2m*0.4m，初始情况下预装了部分颗粒，表观速度0.5m/s，检测穿过床层的压力降，示意图如下图所示。

对于经典的流化曲线，若流化床入口的表观速度较小，则流化床不会流化，其行为类似填充床，当速度增加时，流化床开始流化。

一种理解该现象的经典方法即为流化曲线，此时入口能够驱动流体的压力需求是表观速度的函数。当处于填充床工况时，压力与表观速度的增加成正比，然而，当初期流化条件达到后，压力始终保持某一恒定值（时间平均）。

在本例中，我们将对给定表观速度下的流化床流化过程进行仿真模拟。

• 文件准备：拷贝bed.msh、92Kparcels.inj及view-0.vw文件到工作目录（文件在文末的链接中）

• 以3D模式、Double Precision开启FLUENT

• 利用菜单File | Read | Mesh…读入网格文件bed.msh

• 点击 右侧面板中的Check按钮，检查导入的网格，确保没有负体积的存在

• 激活Transient选项采用瞬态计算

• 激活Gravity，设置重力加速度为Z方向-9.81 m/s2

• 设置DDPM模型，按如下图所示进行设置

• 鼠标点击模型树节点Models，双击右侧models列表中的Discrete Phase
  弹出如下图所示对话框，按图进行设置。

• 切换至Physical Models标签页，激活DEM Collision选项，如下图所示。

• 点击Discrete Phase Model对话框下方的Injections…按钮

• 点击Create按钮，弹出set Injection Properties对话框。

• 选择Injection Type为file

• 选择Discrete Phase Domain为Phase-2

• 选择DEM Collision Partner为dem-anthracite

• 设置Stop Time为1e-8

• 点击File…按钮，在打开的文件选择对话框中选择文件92Kparcels.inj

• 切换至Physical Models标签页，设置Drag Law为Wen-Yu

• 点击OK按钮关闭对话框

• 返回至 Discrete Phase Model对话框。

• 点击Discrete Phase Model对话框下方的DEM Collisions…按钮，弹出如下图所示对话框

• 选择dem-anthracite，点击set…按钮。

• 选择Collision Pairs列表项中的dem-anthracite-dem-aluminum，按下图所示进行设置

• 选择列表项中的dem-athracite - dem-anthracite，按下图所示设置。

• 点击OK按钮退出对话框。

• 点击模型树节点Cell Zone Conditions，在右侧面板中点击按钮Operating Conditions..，如下图所示。

• 选择模型树节点Boundary Conditions。

• 在右侧参数面板中，鼠标选择Zone列表框中选项inlet，确保Phase下拉框选择项为mixture，点击Edit…按钮弹出参数设置对话框，切换至DPM标签页，进行如下图所示设置。

• 关闭OK按钮关闭对话框，返回至边界条件设置面板。

• 依然选择inlet，设置Phase下拉框内容为phase-1，点击Edit…按钮弹出参数设置对话框。设置Velocity Magnitude为0.5。点击OK按钮关闭对话框。

• 设置outlet边界，采用类似的方法，设置Mixture类型，进行如下图所示设置。

设置亚松弛因子：

• Pressure: 0.9

• Momentum: 0.2

• Volume Fraction: 1

• Discrete Phase Sources: 1

• 点击模型树节点Monitors，在 右侧面板中点击Surface Monitors下方的Create按钮，在弹出的对话框中按如图所示进行设置，点击OK按钮关闭对话框。

直接初始化即可。

• 双击模型树节点Calculation Activities，弹出命令设置对话框

按如图所示定义4个图形输出命令

后处理同常规后处理，这里不详述。也可以导出颗粒数据到其他专用后处理软件中进行。

贴一段录制的GIF，数据量太大没办法只好删掉了其中的一些帧，看起来有点儿不连续。

图里头只是取了其中一小块区域方便查看，实际上是整体颗粒都在运动的。

本篇文章来源于微信公众号: CFD之道