關(guān)于DPM模型的設(shè)置，文章十六給出了一個(gè)簡(jiǎn)單的案例，文章十七介紹了DPM離散相界面的設(shè)置，本文通過(guò)一個(gè)案例來(lái)介紹DPM模型中Injection界面的設(shè)置，主要是顆粒粒徑分布的設(shè)置。

 

1 概念介紹

DPM適用條件：DPM模型只適用于顆粒相體積分?jǐn)?shù)小于10%，同時(shí)不考慮顆粒體積。不考慮顆粒和顆粒之間的相互作用力，但可以考慮顆粒和流體之間的相互作用。                                                                                                                                               

 2 模型描述

本例的模型為反應(yīng)器，如圖所示。模型有一個(gè)進(jìn)口和一個(gè)出口，含顆粒物的空氣從進(jìn)口流入計(jì)算域內(nèi)，在反應(yīng)器中進(jìn)行混合后，最后經(jīng)OUTLET流出。

 

3 導(dǎo)入網(wǎng)格

使用Workbench打開工程文件，文件在本文末尾鏈接資源內(nèi)。

 

 

4 Scale網(wǎng)格尺寸

Scale修改網(wǎng)格尺寸。如圖所示。

確保計(jì)算域尺寸是我們所需要的。本例中x方向尺寸-3.85~2m，y方向-2.5~3m，z方向0~2m

5 設(shè)置求解器

選擇壓力基(pressure-based)求解器，同時(shí)選擇穩(wěn)態(tài)模擬，由于顆粒密度較大，考慮顆粒重力，設(shè)置重力方向：y負(fù)方向9.81m/s²。

 

6  設(shè)置計(jì)算模型

本例空氣進(jìn)口流速較大為15m/s，因此湍流模型選擇為Realizable k-e湍流模型，標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)。

Realizable k-e湍流模型可以在雷諾應(yīng)力上保持與真實(shí)湍流一致，能夠更加精確的模擬平面和圓形射流的擴(kuò)散速度。

 

不考慮能量方程，因此能量方程保持關(guān)閉

 

離散相模型：打開離散相模型，不勾選Interaction with Continuous Phase，不考慮顆粒相和流體相之間的相互作用。其余選擇均保持默認(rèn)。

 

單擊Injections，彈出下圖，單擊Create，創(chuàng)建顆粒入射口。

 

單擊Create，創(chuàng)建顆粒入射口。

 

Injection Type選擇surface，表示從模型面入射，Release From Surface選擇inlet。

Injection Type欄可選擇多種類型，如果選擇Single，則顆粒會(huì)從某一點(diǎn)發(fā)射出。選擇surface，表示顆粒從某一表明射出。

 

Particle Type選擇Inert(惰性顆粒) ，可考慮各類力和傳熱，但自身不會(huì)因?yàn)闊崃慷鴧⑴c反應(yīng)。顆粒Material此處保持默認(rèn)

 

粒徑分布：

顆粒粒徑分布選擇雙R分布rosin-rammler。該粒徑分布通過(guò)最小、最大粒徑、平均粒徑、擴(kuò)散系數(shù)、粒徑數(shù)量來(lái)描述

 

當(dāng)我們已經(jīng)知道顆粒粒徑分布，如何轉(zhuǎn)換為雙R分布輸入到Fluent中去呢？

 

如果我們知道的顆粒粒徑分布，則知道最大、最小粒徑和粒徑數(shù)量，粒徑分布如下時(shí)：

粒徑范圍/μm	質(zhì)量分?jǐn)?shù)占比
0-70	0.05
70-100	0.10
100-120	0.35
120-150	0.30
150-180	0.15
180-200	0.05

 

首先我們需要將其轉(zhuǎn)換為累積質(zhì)量分?jǐn)?shù)的形式，如大于70μm的顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)占比為1-0.05=0.95，大于100μm的顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)占比為1-0.05-0.1=0.85，依次類推，可得到累積質(zhì)量分?jǐn)?shù)占比

粒徑d/μm	累積質(zhì)量分?jǐn)?shù)Yd
70	0.95
100	0.85
120	0.50
150	0.20
180	0.05
200	0.00

雙R分布中，假設(shè)Y_d與粒徑存在指數(shù)關(guān)系

其中d為顆粒粒徑，為平均粒徑，這里的平均粒徑并非數(shù)學(xué)上的平均。

從上式可以看出，當(dāng)d=時(shí)，Y_d=e^-1=0.368，也就是說(shuō)，只要找到Y(jié)_d=0.368對(duì)應(yīng)的粒徑，就能夠找到平均粒徑了。

 

由上表可知，Y_d=0.368在120-150的粒徑范圍內(nèi)，使用線性插值有

可得=133μm，（注：若不使用線性插值，則求出的平均粒徑則不同）至此，我們得到了平均粒徑。

 

接下來(lái)我們需要求解擴(kuò)散系數(shù)n，由雙R分布公式可以得到：

粒徑d	累積質(zhì)量分?jǐn)?shù)Yd	n
70	0.95	4.63
100	0.85	6.37
120	0.50	3.56
150	0.20	3.96
180	0.05	3.63
200	0.00	—
	n的平均值 4.43

 

計(jì)算各粒徑對(duì)應(yīng)的n值，最后取平均值，即為擴(kuò)散系數(shù)spread parameter。注：由于大于200μm的粒徑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0，因此其對(duì)應(yīng)的n不存在，故計(jì)算n的平均值時(shí)，需舍棄該值。

 

最小、最大粒徑、平均粒徑、擴(kuò)散系數(shù)、粒徑數(shù)量輸入雙R分布中，即可完成粒徑分布的輸入

 

勾選Injection Using Face Normal Direction，表示顆粒射入方向與Surface垂直，因此粒徑參數(shù)中，并沒有對(duì)粒徑速度方向的設(shè)置。顆粒流量為0.05kg/s，速度為15m/s

 

點(diǎn)擊Turbulent Dispersion，勾選Discrete Random Walk Model，當(dāng)流動(dòng)為湍流，考慮到湍流對(duì)顆粒擴(kuò)散的影響時(shí)，需要勾選此選項(xiàng)。Number of Tries設(shè)置為10，表示嘗試次數(shù)，表示執(zhí)行10此軌跡計(jì)算。

 

7 材料設(shè)置

對(duì)于連續(xù)相，選擇空氣即可，空氣屬性保持默認(rèn)。對(duì)于顆粒材料，設(shè)置其密度為700kg/m³。

8 設(shè)置邊界條件

inlet：采用velocity-inlet邊界，速度為15m/s，DPM選項(xiàng)設(shè)置為escape

outlet：設(shè)置為pressure-outlet，DPM欄離散相邊界類型選擇escape，表示顆粒脫離邊界，離開計(jì)算域。

 

wall：wall邊界，DPM欄離散相邊界類型選擇Trap

其他壁面如wall_pipe-part2，DPM欄離散相邊界類型均選擇為Reflect

 

9 求解方法

選擇Coupled，Gradient欄選擇Green-Gauss Cell Based，動(dòng)量選擇二階迎風(fēng)格式

 

Solution Controls設(shè)置Flow Courant Number為50

 

10 初始化

選擇標(biāo)準(zhǔn)初始化，Compute From選擇all-zones，單擊Initialize，完成初始化

 

11 計(jì)算設(shè)置

設(shè)置計(jì)算步長(zhǎng)100步

 

12 后處理

速度云圖，選擇對(duì)稱面顯示速度運(yùn)動(dòng)

 

 

顆粒軌跡，以顆粒粒徑顯示顆粒軌跡

 

 

源文件鏈接：

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