【UDF实例】污水处理

本案例利用Fluent UDS模拟污水沉降池中固体污染物浓度分布。

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问题描述

所考虑的问题是一个圆柱形容器、中心进给的二次沉降器，几何带有倾斜的底部。中央进水口包含有两个挡板：一个垂直进水口挡板，使流入的流体以相对较低的位置进入水箱；以及一个水平偏转板，防止从入口到污泥回收口的短路。 

算模型采用二维轴对称模型，考虑模型径向截面，如下图所示。

注意：轴对称模型的对称轴必须为X轴

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编译UDF

• 右键选择模型树节点User Defined Functions，点击弹出菜单项Compiled…打开编译对话框

• 如下图所示，添加源文件clarifier.c，点击Build按钮编译UDF文件，利用Load按钮加载文件

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Fluent设置

• 以2D、Double Precision方式启动Fluent

• 利用菜单File → Read → Mesh…加载网格文件clarifier.msh

3.1 General设置

• 鼠标双击模型树节点General，右侧面板激活选项Transient及Axisymmetric

3.2 Models

• 鼠标双击模型树节点Models > Viscous，弹出对话框中选择Standard k-epsilon湍流模型，如下图所示

3.3 添加UDS

• 鼠标右键选择模型树节点User Defined Scalars，点击弹出菜单项New…弹出UDS定义对话框

• 对话框中设置Number of User-Defined Scalars为1，设置Flux Function为settling_flux::libudf

3.4 添加UDM

• 右键选择模型树节点User Defined Memory，点击按钮Edit…弹出定义对话框

• 如下图所示，设置Number of User-defined Memory Locations为5

3.5 Materials设置

• 鼠标双击模型树节点Materials > fluid > air弹出材料属性定义对话框

• 设置Density为1000 kg/m3，设置Viscosity为viscosity::libudf，如下图所示

3.6 Cell Zone Conditions

• 鼠标双击模型树节点Cell Zone Conditions > fluid，弹出如下图所示的计算域设置对话框，激活选项Source Terms，切换值Source Terms标签页

• 点击Axial Momentum右侧的Edit..按钮打开设置对话框，如下图所示，设置Number of Axial Momentum sources为1，并设置其为udf X_mom_src::libudf，点击OK按钮关闭对话框

• 点击Turbulent Kinetic Energy右侧的Edit..按钮打开设置对话框，如下图所示，设置Number of Axial Kinetic Energy sources为1，并设置其为udf turb_k_source::libudf，点击OK按钮关闭对话框

• 点击Turbulent Kinetic Dissipation Rate右侧的Edit..按钮打开设置对话框，如下图所示，设置Number of Turbulent Dissipation Rate sources为1，并设置其为udf turb_e_source::libudf，点击OK按钮关闭对话框

3.7 Boundary Conditions设置

1、inlet设置

• 鼠标双击模型树节点Boundary Conditions > inlet，弹出设置对话框，进入Momentum标签页，设置Velocity Magnitude为0.019 m/s，湍流条件设置湍流强度为5%，水力直径为 5.6 m

• 切换至UDS标签页，设置User Scalar 0为Specified Value，同时设置其值为3.2，如下图所示

2、outlet_top边界

• 鼠标双击模型树节点Boundary Conditions > outlet_top，弹出设置对话框，进入Momentum标签页，设置Velocity Magnitude为-0.04 m/s，湍流条件设置湍流强度为5%，水力直径为 0.02 m

• UDS标签页采用默认参数设置

注：这里设置负的速度入口来表示流出。

3、outlet_bottom

• 鼠标双击模型树节点Boundary Conditions > outlet_bottom，弹出设置对话框，进入Momentum标签页，湍流条件设置湍流强度为5%，水力直径为 3.2 m

• 其他参数保持默认设置

3.8 Solution

• 鼠标双击模型树节点Solution > Method，右侧面板中设置Pressure为PRESTO!，其他选项采用QUICK算法，如下图所示

3.9 Report Definitions设置

监测出口污染物的质量流量。

• 右键选择模型树节点Solution > Report Definitions，点击弹出菜单项New → Surface Report → Flow Rate…弹出设置对话框

• 如下图所示，监测位置outlet_bottom上变量Scalar-0的质量流量

3.10 初始化

• 右键选择模型树节点Initialization，点击弹出菜单项Initialize开始初始化

3.11 AutoSave

• 鼠标双击模型树节点Calculation Activities > Autosave，在弹出的设置对话框中设置Save Data File Every为100

3.12 Run Calculation

• 鼠标双击模型树节点Run Calculation，右侧面板设置Time Step Size为10 s，设置Number of Time Steps为7300，点击按钮Calculate进行计算

注：本案例中泥沙水力弛豫时间约为7300s，计算73000s使其达到稳定。

计算需要很长时间，这里只计算了9110s。

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后处理

• 查看变量Scalar-0分布

• 创建isosurface y=4 m

• 创建自定义变量x-in = -x

• 创建XYPlot，如下图所示进行设置

显示标量Scalar-0的分布如下图所示。

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本例相关的参数

一些计算参数如表所示。

相关的理论。（这里编辑公式实在太困难，还是放图片好了。)，有兴趣的可对着UDF代码仔细体会一下。

参考文献：

Computing Shear Flow and Sludge Blanket in Secondary Clarifiers Djamel Lakehal, Peter Krebs, Johan Krijgsman, Wolfgang Rodi

案例文件：

https://pan.baidu.com/s/10T9IrNyD1uuF3xw6SrvDPQ 

密码：sjuo

本篇文章来源于微信公众号: CFD之道