发布时间 : 星期一 文章Fluent多相流模型选择与设定更新完毕开始阅读8a9f522ba56e58fafab069dc5022aaea998f41cd
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流动，采用混合物模型或者欧拉模型。 ?对于活塞流，采用VOF 模型。
?对于分层/自由面流动，采用VOF 模型。
?对于气动输运，如果是均匀流动，则采用混合物模型；如果是粒子流，则采用欧拉模型。?对于流化床，采用欧拉模型模拟粒子流。 ?对于泥浆流和水力输运，采用混合物模型或欧拉模型。 ?对于沉降，采用欧拉模型。
?对于更加一般的，同时包含若干种多相流模式的情况，应根据最感兴趣的流动特征，选择合适的流动模型。此时由于模型只是对部分流动特征做了较好模拟，其精度必然低于只包含单个模式的流动。
Fluent软件中对喷雾这类气液两相流问题的模拟主要采用其自带的离散相模
型(DPM——Discrete Phase Model)。此模型是以欧拉—拉格朗日方法为基础建立
的。它把流体作为连续介质，在欧拉坐标系内加以描述，对此连续相求解输送 方程，而把雾滴颗粒群作为离散体系，通过积分拉氏坐标系下的颗粒作用力微 分方程来求解离散相颗粒的轨道，可以计算出这些颗粒的轨道以及由颗粒引起 的热量/质量传递。同时，在计算中，相间耦合以及耦合结果对离散相轨道、连 续相流动的影响均可考虑进去。当计算颗粒的轨道时，Fluent跟踪计算颗粒沿轨 道的热量、质量、动量的得到与损失，这些物理量可作用于随后的连续相的计 算中去。于是，在连续相影响离散相的同时，用户也可以考虑离散相对连续相 的作用。交替求解离散相与连续相的控制方程，直到二者均收敛（二者计算解 不再变化）为止，这样，就实现了双向耦合计算。
在采用FLUENT中的离散相模型时，需要定义每个粒子尺寸以及温度。这些初始条件以及有关离散相物理性质的输入量/质量计算的必要条件。轨迹以及热量/质量传递的计算是粒子的对流或辐射传热、质量传递以及粒子在流场运动时的。而预测所得的轨迹以及相关的质量、热量传递可以通过 1稳态问题建立及求解程序纲要
建立和求解稳态离散相问题的一般程序如下所示: (l)求解连续相流动; (2)生成离散相的入射;
(3)根据需要选择是否连续相与离散相关联求解;
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(4)用画图或者提取数据来跟踪离散相入射。 2非稳态问题建立及求解程序纲要
建立和求解非稳态离散相问题的一般程序如下所示: (l)生成离散相入射; (2)初始化流场;
(3)取合适的时间步长数目进行求解。随着求解的进行，粒子的位置将会被更新。
利用Fluent自带的空气雾化喷嘴模型预测雾化颗粒的颗粒行为。首先假设不带颗粒的空气为连续相，对其进行单相模拟。之后，假设雾化喷嘴喷出的甲烷颗粒为离散相，进行了气液两相耦合模拟。单相稳态模拟的基础上打开DPM模型（Discrete Phase Model ）加入离散相——甲烷雾滴进行两相耦合模拟，重点介绍了DPM中参数的设定。
1 打开DPM模型
利用Define/Models/Discrete Phase Model打开DPM，本文截取了Discrete Phase Model设置面板的一部分，对其中参数的设定进行详细的分析，如图1所示。
图1 Discrete Phase Model面板
当模拟两相耦合过程时，用户应该首先计算得到收敛或部分收敛的连续相流场，然后再创建喷射源进行耦合计算。在每一轮离散相的计算，FLUENT 计算颗粒/液滴轨迹并且更新每一个流体计算单元内的相间动量、热量以及质量交换项。然后，这些交换项就会作用到随后的连续相的计算。耦合计算时FLUENT 在连续相迭代计算的过程中，按照一定的迭代步数间隔来计算离散相迭代。直到连续相的流场计算结果不再随着迭代步数加大而发生变化（即，达到了所有的收敛标准），耦合计算才会停止。当达到收敛时，离散相的轨迹也不再发生变化（若离散相轨迹发生变化将会导致连续相流场的变化）。 耦合计算的设定步骤如下：
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1. 计算连续相流场；
2. 在Discrete Phase Model panel 面板中，激活Interaction with Continuous Phase 选项；
3. 在Number Of Continuous Phase Iterations Per DPM Iteration 文本框中设定颗粒轨迹的计算频率（即连续相迭代多少步，就进行一轮离散相的计算）。若用户设定此参数为5，即意味着在连续相进行了五步迭代之后，就开始离散相的迭代计算。两个离散相计算中间应该间隔多少连续相的迭代步，要视用户问题的物理意义而定。
需要注意的是，【***若此参数设定为0，那么FLUENT 将不进行离散相的计算。】
另外，图1中绿色圈的2个参数是最大计算步数（Max. Number Of Steps）和积分尺度（Length Scale）。
最大计算步数（Max. Number Of Steps）是用积分方程(1)，(2) 求解颗粒轨道时，允许的最大时间步数。
当某个颗粒轨道计算达到此时间步数时，FLUENT 就自动中止了此颗粒的轨道计算，输出时，此颗粒被标记为“incomplete”。对最大时间步数的规定消除了对某些在流场中不停循环的颗粒的无休止的计算。但是，对于缺省的500 步的最大时间步数，很多问题的计算都不止这么多。这种情况下，当颗粒信息在输出时被标记未完成，而实际颗粒并不是在流场中无休止的打转，那么，用户可以增加最大时间步数[注]值得注意的是：设定上述各个参数的一个简便方法是，若用户希望颗粒穿越长度为D的计算域，那么用长度标尺乘以最大积分时间步数，其结果应该大致等于D，即等于所设定的Number Of Continuous Phase Iterations Per DPM Iteration的值。
2 创建injection
通过Define/injection/create进入创建injection面板，如下图所示：
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在Injection Type中选择射流源类型，本文选定空气雾化喷嘴
(air-blast-atomizer)。在Particle Type中选择颗粒类型，本文选择Droplet液滴是一种存在于连续相气流中的液体颗粒。它服从力的平衡并受到加热／冷却的影响（由定律1 确定）。此外，他还由定律2 和3 确定自身的蒸发与沸腾（请参阅User’s Guide中的19.3.4）。只有传热选项被激活并且至少两种化学组份在计算中是被激活的，或者已经选择了非预混燃烧或部分预混燃烧模型，液滴类型才是可选的。当选择了液滴类型之后，用户应该使用理想气体定律来定义气相密度
在空气辅助雾化模型里，用户应直接设定液膜厚度，如图3所示。在Point Properties面板上，设定喷口处液膜的内外半径，即液膜的厚度。另外，用户还必须设定液膜与空气间的最大相对速度差和喷射角度，如图4所示。液膜离开喷口之后，它的初始轨道沿着设定的喷射角。注意：如果初始液膜的轨道指向中心
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