颗粒流体建模

颗粒流体描述处理气固或液固流体的多相流态。这些流体的示例为流化床、气动输送机和水泥。

此过程中的步骤旨在从欧拉多相流建模中的步骤 5 开始执行。

颗粒流体模拟需要至少两个欧拉相:一个液相和一个固体颗粒相。每个颗粒相由同一材料的颗粒组成。要对不同材料的颗粒建模,需要创建额外的颗粒相并为每个相指定适当的颗粒材料。默认情况下,颗粒相中的所有颗粒的尺寸相同。如果要指定一系列颗粒尺寸,则选择适当的颗粒尺寸分布模型。

要对颗粒相流体建模:

  1. 对于进行颗粒流体建模的 [物理连续体],除了先前选择的模型之外,还选择以下模型:

    组合框

    模型

    可选模型

    要考虑颗粒-颗粒相互作用,选择以下某个模型:

    • 颗粒压力

      如果颗粒填充松弛(例如流化床),则使用此模型。此模型引入“填充限制”概念。低于此限制时则颗粒填充视为松弛,颗粒间碰撞决定它们的运动。当高于填充限制时,颗粒之间的摩擦主导它们的运动。

      使用此模型可以处理多颗粒相(即,不同尺寸的颗粒)。

      系统自动选择颗粒温度颗粒温度传输模型。

      请参见颗粒压力模型参考

    • 固相压力

      如果颗粒紧密填充,则使用此模型。为离散颗粒相提供此模型,以考虑颗粒-颗粒相互作用过程中出现的力。这是一种限制最大颗粒体积分数的方式。

      请参见固相压力模型参考

    如果流体由悬浮在液体中的固体颗粒组成,则选择悬浮液流变

    在物理连续体中必须选择层流粘滞态。

    请参见悬浮液建模

创建两个欧拉相,通常一个是液相,一个是颗粒相。
  1. 对于每个相,右键单击多相 > 欧拉相节点,然后选择新建
  2. 对于流体相(气体或液体),右键单击 [流体相] > 模型节点,然后在 Phase Model Selection(相模型选择) 对话框中,选择以下模型:

    组合框

    模型

    材料

    选择以下某项:
    • 气体
    • 液体
    • 多成分气体
    • 多组分液体

    反应项

    (仅对于多组分相)选择以下某项:
    • 非反应
    • 反应

    状态方程

    任何

    请参见常规状态方程模型

    雷诺平均湍流

    对于湍流粘滞态,选择以下某项:
    • K-Epsilon
    • K-Omega
    • 雷诺应力
    • 湍流响应

    请参见湍流建模

    能量

    选择以下某项:
    • 分离流体焓
    • 分离流体温度

    可选模型

    如果要追踪模拟中的相材料,则选择被动标量

    请参见被动标量建模

  3. 对于颗粒相,在 Phase Model Selection(相模型选择) 对话框中,选择以下模型:

    组合框

    模型

    材料

    选择以下某项:
    • 颗粒
    • 多组分颗粒

    反应项

    (仅对于多组分颗粒)选择以下某项:
    • 非反应
    • 反应
    雷诺平均湍流 选择以下某项:
    • K-Epsilon 湍流

    • K-Omega 湍流

    • 雷诺应力湍流

    • 湍流响应

    如果选择了颗粒压力模型,则会自动选择以下模型:

    • 雷诺平均纳维-斯托克斯
    • K-Epsilon 湍流
    • 标准 K-Epsilon
    • 壁面距离
    • 颗粒壁面处理

    请参见湍流建模

    能量

    选择以下某项:
    • 分离流体焓
    • 分离流体温度

    可选模型

    • 侵蚀(仅当选择颗粒压力模型时才可用)

      对颗粒的侵蚀效应(如壁面上的冲击侵蚀或磨损)建模。

      请参见侵蚀模型参考

  4. 要对悬浮在液体中的固体颗粒的非牛顿行为建模,重新打开物理连续体的物理模型选择对话框,然后从可选模型组合框中选择悬浮液流变模型。

    在物理连续体中必须选择层流粘滞态。

    请参见悬浮液建模

  5. 如果要预测固体颗粒的尺寸分布,则按照某个附加工作流中的步骤操作。否则,定义的每个颗粒相的颗粒尺寸都为常数。
指定颗粒相中颗粒的密度和直径。
  1. 选择 [颗粒相] > 模型 > 颗粒 > [颗粒材料] > 材料属性节点,然后设置密度颗粒直径值。
设置颗粒相的最大固体分数。
  1. 选择 [颗粒相] > 模型 > 颗粒压力节点,然后在属性窗口中,设置最大固体分数
指定颗粒恢复系数。
  1. 选择 [颗粒相] > 参考值 > 恢复系数节点,然后在属性窗口中,设置
    请参见参考值
对于每个相,设置初始体积分数和初始速度。对于颗粒相,还要设置初始颗粒温度分布。
  1. 选择 [相] > 初始条件节点,然后设置速度体积分数以及(对于颗粒相)颗粒温度值。
    请参见初始条件

定义适当的相间相互作用。

  1. 右键单击模型 > 多相流相互作用 > 相间相互作用节点,然后再先以下某项操作:
    • 要对流相和颗粒相之间的相互作用进行建模,选择新建 > [流相] > [颗粒相]

      请参见连续-离散拓扑

    • 要对两个颗粒相之间的相互作用进行建模,选择新建 > [颗粒相 1] > [颗粒相 2]

      请参见颗粒对相间相互作用

  2. 右键单击 [相间相互作用] > 模型节点,然后单击选择模型
  3. 相间相互作用模型选择对话框中,选择额外的相间相互作用模型。
    组合框 模型
    可选模型
  4. 如果选择了相间质量传递,则按照附加工作流中的步骤操作。可使用以下质量传递类型:
    质量传递类型 描述
    结晶

    使用单组分晶体增长模型对单个多组分相的结晶建模。

    请参见结晶建模

    用户自定义的相间质量通量

    此模型假设相间质量传递对相温度的影响可忽略不计。

    如果已激活相耦合流体能量模型,则选择相间能量传递相间相互作用模型可确保相温度达到有意义的值。

设置相间相互作用模型属性。

对于连续-离散相的相间相互作用,指定对颗粒能量传递的影响,此影响由于气体与颗粒的速度波动之间的相关性而产生。

  1. 选择 [相间相互作用] > 模型 > 颗粒能量传递节点,然后在属性窗口中,指定交叉相关项
对于颗粒对相间相互作用,指定颗粒间碰撞的恢复系数。
  1. 选择 [相间相互作用] > 参考值 > 恢复系数节点,然后在属性窗口中,设置适当的值。
在每个开放边界处,设置每个相的体积分数和速度。
  1. 选择 [边界] > 相条件 > [相] > 物理值节点,然后设置速度体积分数值。

设置每个边界处每个颗粒相的颗粒温度。指定的颗粒温度值用于计算边界处的固相压力,该压力对模拟结果有显著影响。

在每个壁面边界处,指定每个颗粒相的剪切应力。

  1. 选择 [边界] > 相条件 > [颗粒相] > 物理条件节点,然后设置颗粒温度指定剪切应力指定
    请参见边界设置
如果正在对颗粒的侵蚀影响建模,指定侵蚀类型以在每个壁面边界处建模。
  1. 选择 [边界] > 相条件 > [颗粒相] > 物理条件 > 侵蚀指定节点,然后选择适当的方法。

    在相应的物理值节点中,设置适当的属性值。

    请参见侵蚀模型参考

指定适当的求解器设置。
  1. 选择求解器 > 颗粒温度节点,然后在属性窗口中,将亚松弛因子设为适当的值。

返回到欧拉多相流建模,然后继续执行步骤 6