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Fluent|颗粒冲蚀

内容纲要

本案例演示利用Fluent中的DPM模型计算矩形通道中的颗粒流动以及槽道受颗粒冲蚀情况。

注:本案例模型及数据来自STAR CCM+文档。

1 问题描述

标准压力(1 个大气压)下的空气以 10 m/s 的速度进入通道。流体在通过部分阻塞的 90 度弯管后,从竖直出口流出。空气中包含有均匀分布的固体颗粒,进气中的颗粒体积流量为 6.4516 x 10–7 m3 /s。颗粒属性如下:
  • 密度:1200 kg/m3
  • 直径:40微米
  • 初始速度:(10, 0, 0) m/s
假定管道壁面绝热和无滑移条件。使用默认的 K-Epsilon 模型为湍流建模。忽略从壁面完全回弹的所有颗粒和重力影响。计算模型如图所示。

计算网格如下图所示。

2 Fluent设置

2.1 General设置

  • 激活选项Gravity,设置重力加速度为Y轴-9.81 m/s2

2.2 Models设置

  • 激活选用Realizable k-epsilon湍流模型

  • 激活DPM模型,采用双向耦合

  • 设置入射器,如下图所示

  • 激活Discrete Random Walk Model,设置Number of Tires10

2.3 Materials设置

  • 修改材料anthracite密度为1200 kg/m3

2.4 边界条件设置

  • 设置入口速度为10 m/s

2.5 初始化计算

  • 进行初始化计算

2.6 迭代计算

  • 设置迭代300

3 DPM计算结果

  • 颗粒轨迹分布如下图所示

  • 速度分布如下图所示

  • 颗粒浓度分布如下图所示

  • 导出颗粒数据文件

  • 选择要导出的颗粒数据

  • 在CFD-Post中查看颗粒轨迹,如下图所示

4 冲蚀计算

4.1 激活冲蚀模型

  • 如下图所示激活Erosion/Accretion模型

4.2 壁面边界设置

本例的壁面边界wall中主要需要设置DPM标签页下的内容。
  • 双击模型树节点Boudnary > default_boundary_region弹出壁面边界设置对话框
  • 切换至DPM标签页

需要设置的内容:
  • Normal法向反弹系数 
    本案例定义法向反弹系数为:
  • 点击Normal后方的Edit...按钮,定义方式如下图所示:

  • Tangent切向反弹系数 
    本案例定义切向反弹系数为: 

  • 激活选项General Model,点击后方Edit...按钮弹出通用冲蚀模型参数定义对话框

采用下图所示方式进行定义:
  • Impact Angle Function冲击角函数。冲击角函数采用分段线性方式进行定义,数据如表所示。
Point Angle Value
1 0 0
2 20 0.8
3 30 1
4 45 0.5
5 90 0.4
采用下图方式进行定义:

  • Diameter Function粒径函数,本案例取1.8e-9
  • Velocity Exponent Function速度指数函数,本案例取2.6,如下图所示。

4.3 初始化并计算

  • 进行初始化计算

4.4 计算结果

  • 冲蚀率分布如下图所述


案例文件:

链接:https://pan.baidu.com/s/1SqlKYAIOvmK9Psq0kSWBpg 
提取码:579p

操作视频:

本篇文章来源于微信公众号: CFD之道

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文章名称:《Fluent|颗粒冲蚀》
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