1. 流化床概念

流態化床，簡稱流化床，是一種利用氣體或液體通過顆粒狀固體層而使固體顆粒處于懸浮運動狀態，并進行氣固相反應過程或液固相反應過程的反應器。

歐拉模型：

歐拉多相流模型可以模擬顆粒流動，但是與DPM離散模型不同，歐拉模型模擬顆粒物流動是將顆粒物看成流體進行模擬的，其無法追蹤顆粒粒子軌跡。Chapter40 Fluent 顆粒\氣泡PBM模型也是如此

2. 模型描述

氣體通過流化床底部向上流動，流化床下半部有固體顆粒。空氣流過固體顆?？蓪㈩w粒吹起懸浮。同時流化床底部有一個小孔，氣體可從小孔流出。

3. 基本設置

3.1 導入網格：

使用Fluent軟件打開Chapter46.msh.gz網格文件，文件在本文末尾鏈接資源內。

3.2 修改模型尺寸

本案例模型尺寸不需要修改，打開Scale mesh查看模型尺寸是否正確

3.3 求解器設置

基于壓力求解器，瞬態設置，勾選重力，設置重力加速度為Y軸-9.81

4. 設置計算模型

4.1 能量方程

打開能量方程

4.2 湍流模型設置

層流模型-Laminar

4.3 多相流模型

多相流模型選擇Eulerian模型，其他設置保持默認。Phases設置在材料設置后會再進行設置。

5. 材料設置

 5.1 添加water-l材料

雙擊air，打開材料設置界面

密度 Density：1.2kg/m3

比熱容Cp：994 J/kg-K

其他保持默認設置，單擊Change/Create即可

再次雙擊air材料，彈出如下界面。在air材料的基礎上設置顆粒相材料

Name：輸入solids

Density.：2660 kg/m3

Cp：737J/kg-K

導熱系數Thermal Conductivity：0.27W/(mK)

5.2 設置相

返回歐拉多相流界面，設置主相和次相

Setup → Models → Multiphase → Phases

主相：設置air為主相，Phase material選擇air，Name處改名為air，單擊apply。

每設置好一相就必須單擊apply，否則操作不會被應用。

次相：相材料選擇為solids，Name處改名為solids。

勾選Granular，當次相為固體顆粒時勾選，若次相為液滴或氣泡則不勾選。

顆粒直徑Diameter：0.0005 m

Granular Viscosity：選擇syamlal-obrien模型，Granular Viscosity為顆粒粘度，包含碰撞粘度、動力粘度和摩擦粘度

Granular Bulk Viscosity：選擇lun-et-al模型。Granular Bulk Viscosity為顆粒體積粘度λq?？紤]了顆粒群壓縮和膨脹時的阻力，默認值是0，也可以設置為Lun et al方程

Granular Temperature：設置為1e-05。Granular Temperature為固體顆粒溫度，與粒子的隨機運動的動能成正比。單位m2/s2。表示的是顆粒湍動的動能，和實際的溫度沒有關系

Packing Limit：0.6。Packing Limit顆粒相的最大體積分數。對于單分散顆粒為0.63。對于多分散顆粒，需要增加此值

設置好后，單擊Apply

5.3 設置相間作用Phase Interaction

相間相互作用力Forces

Drag Coefficient：曳力系數選擇syamlal-obrien

單擊Apply

相間質量熱量傳遞Heat, Mass, Reactions

Heat界面下Heat Transfer Coefficient：選擇gunn，gunn模型主要用于模擬顆粒相熱傳遞

前面設置的曳力系數、顆粒碰撞恢復系數為0.9（默認值，前面沒有設置）和傳熱系數（此處設置的gunn模型），模擬了相間熱交換。

交界面設置Interfacial Area 

Interfacial Area界面下 Interfacial Area 選擇ia-symmetric 

默認的ia-particle模型適合于體積分數低于30%的典型分散流動應用。

本問題，次相的體積分數相對較高(接近60%)，ia-symmetric模型在界面面積計算中同時考慮了主相和次相的體積分數，更加準確。

6. 邊界條件設置

6.1 v_uniform邊界設置

將v_uniform邊界類型選擇為速度入口，設置為速度入口邊界條件

Phase選擇主相air

Velocity Magnitude：0.25 m/s

Temperature：293 K

單擊Apply

Phase選擇次相solid

Velocity Magnitude：0 m/s

Tmeral界面Temperature：293 K

Multiphase界面Volume Fraction：0 

單擊Apply

6.2 v_jet邊界設置

將v_jet邊界類型選擇為速度入口，設置為速度入口邊界條件

Phase選擇為主相air

Velocity Magnitude：0.25 m/s

Tmeral界面Temperature：293 K

Phase選擇次相solid

Velocity Magnitude：0 m/s

Tmeral界面Temperature：293 K

Multiphase界面Volume Fraction：0 

單擊Apply

6.3 poutlet邊界設置

將poutlet邊界類型選擇為壓力出口

Phase選擇混合相mixture

Gauge Pressure：0 Pa

單擊Apply

Phase選擇主相air

回流溫度Backflow Total Temperature：293K

單擊Apply

Phase選擇次相solids

回流溫度Backflow Total Temperature：293K

mulitphase界面保持默認設置

單擊Apply

6.4 wall_hot邊界設置

將wall_hot邊界類型選擇為wall邊界

Phase選擇混合相mixture

Thermal界面Temperature：373 K

Phase選擇主相air和次相solids保持默認設置

單擊Apply

6.5 wall_ins邊界設置

將wall_ins邊界類型選擇為wall邊界

Phase選擇混合相mixture

Thermal界面Heat Flux：0 W/m2

Phase選擇主相air和次相solids保持默認設置

單擊Apply

7. 求解方法

7.1 求解方法

Solution-Solution Methods

Transient Formulation：選擇二階隱式Second Order Implicit

Pressure and Momentum：選擇二階迎風格式Second Order Upwind.

Volume Fraction and Energy：選擇QUICK

7.2 求解控制

Solution-Solution Controls

Pressure：0.5

Momentum：0.2

調小亞松弛因子有助于提高收斂性，但收斂速度會變慢。參考三十二、Fluent收斂判斷標準及方法

8. 初始化

標準初始化，Compute from選擇all-zones

單擊Initialize后，進行patch操作

下面需要進行patch操作，在patch之前需要標記要patch的區域

標記區域

Domain-Adapt-Refine/coarsen-cell registers-New-Region

Xmax：輸入0.3m

Ymax：輸入0.5m

單擊save/Display可顯示標記的計算域下半部分區域。

Patch air區域

在初始化界面下單擊patch，只有初始化之后，patch按鈕才可用

Phase：選擇solids

Variable：選擇Volume Fraction

Value：0.598

Registers：選擇region_0

單擊patch，這步操作就是將剛才標記區域的次相solids體積分數初始化為0.598

通過Results-Graphics-Contour可查看patch之后的相分布，若patch操作正確，則相分布應如下圖。

9. 計算設置

Time Step Size設置為0.00015，時間步設置為12000步，每時間步最大迭代次數設置為50.

10. 后處理

10.1 靜壓云圖

10.2 次相速度云圖

源文件鏈接：

鏈接：https://pan.baidu.com/s/1KXuFLUB4oZGzW5kJvNcgBA

提取碼：fuvp

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