1 實例說明

在上一個案例中，我們利用ICEM CFD對旋風(fēng)分離器幾何模型進行了網(wǎng)格劃分。本案例將演示如何利用FLUENT對旋風(fēng)分離器分離過程進行CFD計算。主要使用離散相模型模擬氣固分離過程。

2 問題說明

旋風(fēng)分離器主要用于氣固分離，其利用介質(zhì)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力而使介質(zhì)分離。本案例要計算的旋風(fēng)分離器網(wǎng)格模型及邊界條件如圖所示，底流口可近似采用wall邊界，在使用DPM模型過程中，設(shè)置wall為trap類型。

圖1計算網(wǎng)格及邊界條件

3 詳細(xì)設(shè)置步驟

Step 1：加載FLUENT模塊

如圖2所示，在B2單元格上點擊鼠標(biāo)右鍵，選擇Transfer Data To New，在下級菜單中選擇Fluent，加載FLUENT模塊。

圖2加載ICEM CFD模塊

加載FLUENT模塊后的數(shù)據(jù)流程如圖3所示。

圖3加載后的數(shù)據(jù)流程

Step 2：啟動FLUENT

雙擊C2單元格，啟動FLUENT。

圖4選擇雙精度計算

Step 3：General設(shè)置

點擊模型樹節(jié)點General，如圖5所示。主要檢查網(wǎng)格質(zhì)量、模型尺寸等。

圖5 General設(shè)置

Step 4：模型設(shè)置

旋風(fēng)分離器流場涉及到強旋轉(zhuǎn)、各向異性湍流，目前大多數(shù)采用雷諾應(yīng)力模型進行湍流模擬。由于雷諾應(yīng)力模型計算量大，收斂較為困難，計算時可以采用RNG K-E湍流模型，待收斂后再改用雷諾應(yīng)力模型。如圖6所示，采用RNG K-E模型及標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)進行計算。

圖6采用RNG湍流模型

Step 5：Materials設(shè)置

單相計算采用空氣進行計算。默認(rèn)設(shè)置即可。

Step 6：Cell Zone Conditions設(shè)置

設(shè)置計算域介質(zhì)為air，如圖所示。

圖7計算域設(shè)置

Step 7：邊界設(shè)置

單相計算只涉及兩個邊界：入口邊界與溢流出口邊界。

入口邊界采用velocity inlet，指定速度為12m/s，如圖8所示。

圖8指定入口邊界

出口邊界采用自由出流邊界。如圖9所示。

圖 9出口邊界

Outlet邊界面指定其類型為Wall，其他邊界保持默認(rèn)。

Step 8：Solution Initialization

進行初始化計算。

圖 10初始化計算

Step 9：Run Calculation

進行迭代計算。

圖 11迭代計算

計算殘差在大約1800步收斂時收斂到10e-3。如圖12所示。

圖 12計算殘差

剖切面上速度分布如圖13所示。

圖 13速度分布

Step 10：離散相設(shè)置

連續(xù)相計算完畢后，開啟離散相設(shè)置，計算粒子進入計算域后的行為。

本例考慮的是氣固兩相流，氣體密度遠(yuǎn)小于固體密度，因此這里僅考慮固體粒子的阻力。對于顆粒在流體中的受力，有興趣的可參閱相應(yīng)的理論文檔。

圖 14離散相設(shè)置

點擊Create按鈕創(chuàng)建粒子入射源，如圖15所示。

圖 15粒子入射源設(shè)置

設(shè)置Outlet邊界中的DPM標(biāo)簽頁中的壁面條件為trap，如圖16所示。設(shè)置Overlet邊界中的DPM標(biāo)簽頁下壁面條件為Escape，如圖17所示。其他邊界條件保持默認(rèn)。

圖 16設(shè)置壁面邊界

圖 17設(shè)置overlet邊界條件

邊界定義完畢后即可進行粒子追蹤計算，如圖18所示。

圖 18粒子追蹤計算

點擊Track按鈕進行粒子追蹤計算，如圖19所示。當(dāng)信息框中出現(xiàn)如圖中所示第一行所示的信息時，如tracked = 450，incomplete=448，表示粒子追蹤計算并未完成。此時可以適當(dāng)延長圖14中的max number of steps，如將其增大至20000，此時再track粒子，出現(xiàn)圖19中后兩行所示信息，則表示粒子追蹤完成。

圖 19粒子追蹤信息

從圖中所示信息，可計算旋風(fēng)分離器效率為：

至此，本例結(jié)束。