離散相的案例
使用 Ansys Fluent 離散相模型 (dpm) 進(jìn)行旋風(fēng)分離器仿真 ￥5
關(guān)于使用 ANSYS Fluent 離散相模型 (DPM) 項(xiàng)目進(jìn)行旋風(fēng)分離器仿真
使用 ANSYS Fluent 對旋風(fēng)分離器進(jìn)行穩(wěn)態(tài) CFD 仿真。使用 DPM 跟蹤粒子。考慮無阻力的單向耦合。這意味著流體相將通過阻力和湍流影響顆粒相，而顆粒相對氣相沒有影響。附Fluent案例文件
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【多相流】fluent中如何選擇多相流模型？（3）
離散相模型的使用僅限于低體積分?jǐn)?shù)，除非使用密集的離散相模型公式。此外，對于離散相模型模擬，可以選擇比歐拉模型更先進(jìn)的燃燒模型。若要考慮粒子分布，需要使用種群平衡模型或離散相模型和密集離散相模型。
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XFlow支持的變量名
3、在剛體動(dòng)力學(xué)分析中，用戶可以調(diào)用以下剛體變量： px, py, pz 剛體參考點(diǎn)的x, y, z坐標(biāo)分量 vx, vy, vz 剛體參考點(diǎn)的x, y, z方向的速度分量 ax, ay, az 剛體參考點(diǎn)的x, y, z方向的加速度分量 eux, euy, euz 剛體的旋轉(zhuǎn)歐拉角 wx, wy, wz 剛體的旋轉(zhuǎn)角速度
4、在非等熱模型和非牛頓流體分析中，用戶可以調(diào)用的變量： theta 溫度
5、在非牛頓流體分析中，用戶可以調(diào)用的變量： gamma 切變率
6、在多相流中，用戶可以調(diào)用的變量： vof 液相體積分?jǐn)?shù)
7、在離散相模型DPM分析中，用戶可以調(diào)用的流體相和離散相變量： particle_x, particle_y, particle_z 離散相粒子的x, y, z坐標(biāo)分量 particle_vx, particle_vy, particle_vz 離散相粒子的x, y, z速度分量 particle_t 離散相粒子的時(shí)間 particle_vN 離散相粒子與固定碰撞時(shí)的法向速度分量 particle_vT 離散相粒子與固定碰撞時(shí)的切向速度分量 particle_vNDrift 離散相粒子與固定碰撞時(shí)的Drift法向速度分量 particle_vTDrift 離散相粒子與固定碰撞時(shí)的Drift切向速度分量 particle_diam 離散相粒子的直徑 fluid_x, fluid_y, fluid_z 流體相的x, y, z坐標(biāo)分量 fluid_vx, fluid_vy, fluid_vz 流體相的x, y, z速度分量 fluid_sp 流體相的靜壓 fluid_vrt 流體相的渦量
8、在功能模擬界面FMI standard分析中，用戶可以調(diào)用輸入變量： fmu() FMU計(jì)算的輸入變量 那么在以上的變量定義和使用中
展開 兩相流及幾種模型介紹~
兩相流：通常把含有大量固體或液體顆粒的氣體或液體流動(dòng)稱為兩相流；其中含有多種尺寸組顆粒群為一個(gè)“相”，氣體或液體為另一“相”，由此就有氣—液，氣—固，液—固等兩相流之分。
兩相流的研究：對兩相流的研究有兩種不同的觀點(diǎn)：一是把流體作為連續(xù)介質(zhì)，而把顆粒群作為離散體系；而另一是除了把流體作為連續(xù)介質(zhì)外，還把顆粒群當(dāng)作擬連續(xù)介質(zhì)或擬流體。
引入兩種坐標(biāo)系：即拉格朗日坐標(biāo)和歐拉坐標(biāo)，以變形前的初始坐標(biāo)為自變量稱為拉格朗日Langrangian 坐標(biāo)或物質(zhì)坐標(biāo)；以變形后瞬時(shí)坐標(biāo)為自變量稱為歐拉Eulerian 坐標(biāo)或空間坐標(biāo)。
離散相模型
FLUENT在求解連續(xù)相的輸運(yùn)方程的同時(shí)，在拉格朗日坐標(biāo)下模擬流場中離散相的第二相；
? 離散相模型解決的問題：煤粉燃燒、顆粒分離、噴霧干燥、液體燃料的燃燒等；
? 應(yīng)用范圍：FLUENT中的離散相模型假定第二相體積分?jǐn)?shù)一般說來要小于10-12%（但顆粒質(zhì)量承載率可以大于10-12%，即可模擬離散相質(zhì)量流率等/大于連續(xù)相的流動(dòng)）；不適用于模擬在連續(xù)相中無限期懸浮的顆粒流問題，包括：攪拌釜、流化床等；
? 顆粒-顆粒之間的相互作用、顆粒體積分?jǐn)?shù)對連續(xù)相的影響未考慮；
? 湍流中顆粒處理的兩種模型：Stochastic Tracking，應(yīng)用隨機(jī)方法來考慮瞬時(shí)湍流速度對顆粒軌道的影響；Cloud Tracking，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)方法來跟蹤顆粒圍繞某一平均軌道的湍流擴(kuò)散。
展開 
制冷劑霧化的節(jié)流及分液特性探討 附噴霧學(xué)曹建明下載
為了簡化物理模型用于模擬計(jì)算，所以本文假設(shè)經(jīng)過軸向距離噴嘴出口0.07m 徑向截面的均為節(jié)流閃發(fā)的冷媒氣體和霧化后的稠密離散相霧滴的均勻混合物。因此，本文簡化物理模型，取霧化腔軸向距離噴嘴出口0.07m 之后的部分進(jìn)行模擬計(jì)算，并分區(qū)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分，如圖7，采用歐拉兩相流和稠密離散相模型(DDPM)[15]進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)假設(shè)氣液兩相冷媒分液過程和外界是絕熱的。在上述條件下，建立分液過程的數(shù)學(xué)模型。
圖7 網(wǎng)格劃分
兩相冷媒分液過程中，其中兩相流連續(xù)性方程與式（1）~（3）相同，冷媒液滴的運(yùn)動(dòng)軌跡通過拉格朗日法計(jì)算，進(jìn)出口邊界條件分別設(shè)為流量入口和壓力出口，其他邊界條件設(shè)為絕熱壁面邊界條件。
2.2 霧化節(jié)流后分液特性分析
為了分析蒸發(fā)溫度、冷凝溫度、過冷度對制冷劑分液特性的影響，同樣選取計(jì)算范圍為蒸發(fā)溫度5~15℃、冷凝溫度45~55℃、過冷度0~8K，選取兩個(gè)指標(biāo)來評判分液特性，其一為各支路的最大離散相濃度（流量）偏差|Ci/Ca-1|max，其中：
其中，Ci是分液器第i 支路出口離散相濃度，Ca為出口平均離散相濃度，|Ci/Ca-1|max 越小，表示所有支管的最大離散相流量偏差越小。
另一指標(biāo)是各出口離散相濃度（流量）的標(biāo)準(zhǔn)差STD，它能夠很好反映所有支路離散相流量與平均流量的偏離程度，也就是分液均勻性。
展開 一篇多相流review獻(xiàn)給大家，JCP編輯向我邀稿！
高相分?jǐn)?shù)多相流模型
在高相分?jǐn)?shù)多相流模型中，一般區(qū)分為連續(xù)相和離散相（同樣參考第一個(gè)圖）。
基于Fluent的DPM對文丘里管除塵仿真計(jì)算
案例旨在通過CFD數(shù)值模擬方法，深入研究文丘里洗滌器內(nèi)部的復(fù)雜氣液固多相流動(dòng)和傳質(zhì)過程，精確預(yù)測其除塵效率，為優(yōu)化設(shè)計(jì)和安全分析提供理論依據(jù)。
基于ANSYS Fluent軟件，采用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）方法對文丘里洗滌器的除塵過程進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。模擬采用了歐拉-拉格朗日框架，將氣相（空氣）處理為連續(xù)介質(zhì)，并利用離散相模型（DPM）追蹤粉塵顆粒（TiO?）的運(yùn)動(dòng)。
關(guān)鍵詞：文丘里洗滌器；CFD；離散相模型（DPM）；除塵效率；多相流
2. 計(jì)算模型與設(shè)置
2.1 幾何模型與網(wǎng)格
計(jì)算模型幾何結(jié)構(gòu)包含收縮段、喉部和擴(kuò)散段。計(jì)算網(wǎng)格采用多面體網(wǎng)格，在fluent meshing中生成，并對喉部高速剪切區(qū)及近壁區(qū)域進(jìn)行了局部加密，以確保能夠準(zhǔn)確捕捉核心流動(dòng)特征和顆粒軌跡。最終網(wǎng)格總量約為525萬單元，網(wǎng)格質(zhì)量大于0.6，滿足計(jì)算精度要求。
圖1 計(jì)算模型及網(wǎng)格劃分
2.2 多相流模型
模擬采用歐拉-拉格朗日方法：
? 氣相（連續(xù)相）：采用RNG k-ε湍流模型進(jìn)行模擬，該模型對于處理文丘里管內(nèi)的高速、強(qiáng)剪切流動(dòng)具有較高的精度。
? 離散相：包括洗滌液滴和粉塵顆粒，均通過離散相模型（DPM） 進(jìn)行追蹤。
粉塵：疏水性二氧化鈦（TiO?）顆粒，密度為4230 kg/m3，粒徑為1 μm，被視為惰性顆粒。
2.3 關(guān)鍵模型與邊界條件
? 顆粒捕集機(jī)制：粉塵顆粒的捕集主要基于慣性碰撞機(jī)理。單個(gè)液滴的碰撞效率η由經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：
? 邊界條件：
氣相入口：采用質(zhì)量流量入口。
液相入口：采用質(zhì)量流量入口。
離散相邊界：所有壁面設(shè)置為trap（捕獲），出口設(shè)置為escape（逃逸）。
展開 「CFD案例-Fluent」16 截面漸變螺旋管中的流體流動(dòng)
它把流體作為連續(xù)介質(zhì)，在歐拉坐標(biāo)系內(nèi)加以描述，對此連續(xù)相求解輸送方程，而把霧滴顆粒群作為離散體系，通過積分拉氏坐標(biāo)系下的顆粒作用力微分方程來求解離散相顆粒的軌道，可以計(jì)算出這些顆粒的軌道以及由顆粒引起的熱量/質(zhì)量傳遞。同時(shí)，在計(jì)算中，相間耦合以及耦合結(jié)果對離散相軌道、連續(xù)相流動(dòng)的影響均可考慮進(jìn)去。當(dāng)計(jì)算顆粒的軌道時(shí)，F(xiàn)luent跟蹤計(jì)算顆粒沿軌道的熱量、質(zhì)量、動(dòng)量的得到與損失，這些物理量可作用于隨后的連續(xù)相的計(jì)算中去。是，在連續(xù)相影響離散相的同時(shí)，用戶也可以考慮離散相對連續(xù)相的作用。交替求解離散相與連續(xù)相的控制方程，直到二者均收斂（二者計(jì)算解不再變化）為止，這樣，就實(shí)現(xiàn)了雙向耦合計(jì)算。
在采用FLUENT中的離散相模型時(shí)，需要定義每個(gè)粒子尺寸以及溫度。這些初始條件以及有關(guān)離散相物理性質(zhì)的輸入量/質(zhì)量計(jì)算的必要條件。軌跡以及熱量/質(zhì)量傳遞的計(jì)算是粒子的對流或輻射傳熱、質(zhì)量傳遞以及粒子在流場運(yùn)動(dòng)時(shí)的。
展開 [問題討論]STARCCM+入門系列之——多相流的基礎(chǔ)知識
多相流體這個(gè)術(shù)語指同一系統(tǒng)（其中，相之間存在不同交界面）中的多個(gè)相的流體和相互作用。術(shù)語“相”通常指物質(zhì)的熱力學(xué)狀態(tài)：固體、液體或氣體。
在建模術(shù)語中，相具有更廣義的定義，并且可定義為系統(tǒng)中的物質(zhì)量，其本身具有用于區(qū)別于該系統(tǒng)中其他相的物理屬性。例如：
l
. 不同密度的液體
l
. 不同大小的氣泡
l
. 不同形狀的顆粒
多相流體與多組分流體不同。在多組分流體中，不同組分在分子級別混合。 這些組分具有相同的對流速度。
在多相流體中，不同的相在宏觀尺度上混合。這些相具有不同的對流速度。 很多流體是多相多組分流體。
多相流體可分為兩類：
l
. 離散流體，例如氣泡、液滴和顆粒流體
l
. 分層流體，例如自由表面流或管道中的環(huán)形液膜流體。
如果相占用斷開的空間區(qū)域，則將其視為離散相，否則視為連續(xù)相。
STAR-CCM+ 提供以下不同模型來滿足這兩個(gè)流體類別的要求：
l
. 拉格朗日多相模型：此模型將對離散相的代表性粒子束穿過系統(tǒng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)方程進(jìn)行求解。它適用于主要由攜帶相對較小體積的離散顆粒、液滴或氣泡的單一連續(xù)相組成的系統(tǒng)。它適用于離散相與物理邊界的相互作用至關(guān)重要的情況。
l
. 液膜模型：此模型使用邊界層近似值以及通過液膜深度的假定速度和溫度分布來預(yù)測壁膜的動(dòng)態(tài)特征。液膜傳輸使用橫跨形成液膜的固體壁面表面的薄殼進(jìn)行預(yù)測。
l
. 離散元模型 (DEM)：此模型是拉格朗日多相模型的延伸，但它將對各個(gè)顆粒（而不是代表性粒子束）進(jìn)行建模，且明確考慮了顆粒間接觸力。
l
. 歐拉多相混合模型：此模型是一種簡化的多相模型，可用于對懸浮液多相流體進(jìn)行建模。在此模型中，通過假設(shè)懸浮液是均勻的單相系統(tǒng)來減少計(jì)算量。
l
.
展開 DPM|02粒子追蹤設(shè)置
激活DPM
DPM模型激活有以下兩種方法
Interaction設(shè)置
當(dāng)離散相跟連續(xù)相發(fā)生相互作用時(shí)，激活 Interaction with Continuous Phase option選項(xiàng)
在DPM Iteration Interval option中，指定粒子追蹤頻率及離散相模型源的更新頻率
Tracking Parameters設(shè)置
Max. Number of Steps：用于當(dāng)粒子始終未離開流域時(shí)終止軌跡計(jì)算
Length Scale or Step Length Factor：用于設(shè)置每個(gè)控制體積內(nèi)積分的時(shí)間步長。當(dāng)Length Scale被定義時(shí)：，當(dāng)step length factor被定義時(shí)，（表示粒子穿越當(dāng)前網(wǎng)格所需估計(jì)時(shí)間
兩者的不同之處在于，step length factor允許Fluent根據(jù)粒子穿越網(wǎng)格所需的時(shí)間步數(shù)來計(jì)算時(shí)間步長
顆粒追蹤選項(xiàng)
穩(wěn)態(tài)粒子追蹤與穩(wěn)態(tài)流動(dòng)
非定常粒子追蹤與穩(wěn)態(tài)流動(dòng)
非定常流動(dòng)中的非定常粒子追蹤，包括相同顆粒與連續(xù)相時(shí)間步長，不同顆粒與連續(xù)相時(shí)間步長
穩(wěn)態(tài)粒子追蹤與穩(wěn)態(tài)流動(dòng)
粒子從注入點(diǎn)開始被追蹤，直至達(dá)到最終狀態(tài)或逃離
確保"Interaction with Continuous Phase"選項(xiàng)已啟用
指定DPM Iteration Interval以計(jì)算每個(gè)'N'連續(xù)相迭代時(shí)的粒子間相互作用，默認(rèn)迭代步數(shù)10
在Tracking Parameters下定義Max.
展開 雙向流固耦合模型三：帶離散相的雙向流固耦合模型
通過雙向流固耦合可分析在顆粒作用下的流暢分布及固體受力狀態(tài)，若感興趣可加qq：1196497187
十八、DPM模型案例（二）
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。該粒徑分布通過最小、最大粒徑、平均粒徑、擴(kuò)散系數(shù)、粒徑數(shù)量來描述
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？
展開 多相流在仿真中的應(yīng)用和展望
離散相流
在離散多相流中，存在一個(gè)連續(xù)相和一個(gè)或多個(gè)離散相。
離散相由許多小的離散液滴、氣泡或固體顆粒組成，分布在整個(gè)連續(xù)相中。通常，這些顆粒的尺寸比流域小很多，并且通常小于單元格尺寸。
太多的粒子數(shù)導(dǎo)致無法計(jì)算出單個(gè)粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，因此會(huì)采用歐拉法和拉格朗日法，這是兩種最常見的用于此類離散相粒子系統(tǒng)計(jì)算的模擬方法。
歐拉模型
歐拉方法將流體-粒子系統(tǒng)描述為混合連續(xù)相并求解每一相的質(zhì)量、動(dòng)量和能量方程。
l 液滴、氣泡、粒子的軌跡不單獨(dú)計(jì)算。
l 運(yùn)動(dòng)方程包括求解相之間拖曳力和離散多相流系統(tǒng)中發(fā)生的其他相關(guān)作用力。
l 計(jì)算結(jié)果通常包括每一相的本地速度、溫度和體積分?jǐn)?shù)。
l 交界面形狀不被單獨(dú)計(jì)算。
l 歐拉多相流模型有幾種變體：在各相之間的速度差相對較小的情況下，通常可以僅求解一個(gè)混合物運(yùn)動(dòng)方程（而不是每一相的運(yùn)動(dòng)方程）來簡化模型。模型中可以包含氣泡或液滴的破裂和聚并，計(jì)算其尺寸分布。對于液體或氣體中的固體顆粒，歐拉-顆粒模型可以計(jì)算粒子碰撞、摩擦和堆積密度的影響。
拉格朗日模型
拉格朗日粒子跟蹤方法可計(jì)算出單個(gè)顆粒、顆粒包、液滴或氣泡在連續(xù)相中的運(yùn)動(dòng)軌跡線。它也被稱為離散相模型（DPM）。
l 在實(shí)踐中，此方法適用于當(dāng)顆粒或液滴體積占比較小的情景——通常少于10％。
l 如果粒子總數(shù)太大而無法計(jì)算，可以只計(jì)算具有統(tǒng)計(jì)顯著的顆粒包來簡化模型。
l 顆粒對連續(xù)相的影響可以計(jì)算評估（反之亦然）。
l 質(zhì)量輸運(yùn)效應(yīng)，例如：蒸發(fā)和冷凝以及、化學(xué)反應(yīng)——燃燒等也可以計(jì)算模擬。
展開 多相流在仿真中的應(yīng)用和展望（上）
離散相流
在離散多相流中，存在一個(gè)連續(xù)相和一個(gè)或多個(gè)離散相。
離散相由許多小的離散液滴、氣泡或固體顆粒組成，分布在整個(gè)連續(xù)相中。通常，這些顆粒的尺寸比流域小很多，并且通常小于單元格尺寸。
太多的粒子數(shù)導(dǎo)致無法計(jì)算出單個(gè)粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，因此會(huì)采用歐拉法和拉格朗日法，這是兩種最常見的用于此類離散相粒子系統(tǒng)計(jì)算的模擬方法。
歐拉模型
歐拉方法將流體-粒子系統(tǒng)描述為混合連續(xù)相并求解每一相的質(zhì)量、動(dòng)量和能量方程。
■ 液滴、氣泡、粒子的軌跡不單獨(dú)計(jì)算。
■ 運(yùn)動(dòng)方程包括求解相之間拖曳力和離散多相流系統(tǒng)中發(fā)生的其他相關(guān)作用力。
■ 計(jì)算結(jié)果通常包括每一相的本地速度、溫度和體積分?jǐn)?shù)。
■ 交界面形狀不被單獨(dú)計(jì)算。
■ 歐拉多相流模型有幾種變體：在各相之間的速度差相對較小的情況下，通常可以僅求解一個(gè)混合物運(yùn)動(dòng)方程（而不是每一相的運(yùn)動(dòng)方程）來簡化模型。模型中可以包含氣泡或液滴的破裂和聚并，計(jì)算其尺寸分布。對于液體或氣體中的固體顆粒，歐拉-顆粒模型可以計(jì)算粒子碰撞、摩擦和堆積密度的影響。
拉格朗日模型
拉格朗日粒子跟蹤方法可計(jì)算出單個(gè)顆粒、顆粒包、液滴或氣泡在連續(xù)相中的運(yùn)動(dòng)軌跡線。它也被稱為離散相模型（DPM）。
■ 在實(shí)踐中，此方法適用于當(dāng)顆粒或液滴體積占比較小的情景——通常少于10％。
■ 如果粒子總數(shù)太大而無法計(jì)算，可以只計(jì)算具有統(tǒng)計(jì)顯著的顆粒包來簡化模型。
■ 顆粒對連續(xù)相的影響可以計(jì)算評估（反之亦然）。
展開 fluent在氣溶膠傳播中的應(yīng)用
在紊流模型中選擇標(biāo)準(zhǔn)k-e模型，根據(jù)進(jìn)出口的尺寸，計(jì)算水力直徑為0.16m，打開離散相模型，設(shè)置離散相注入類型為surface，顆粒直徑為5μm，設(shè)置離散相濃度0.085μg/s、密度為1000kg/m。在邊界條件中設(shè)置人體1噴出的顆粒速度為3.9m/s，溫度35°，進(jìn)風(fēng)口速度均為2m/s，溫度31°。出風(fēng)口均為自由出口，溫度35°。
使用穩(wěn)態(tài)coupled算法，迭代1500次后，查看溫度、速度、粒子軌跡及速度沿著Y方向分布圖如下。
結(jié)論：通過后處理可以很好的觀察室內(nèi)空氣流速的分布及風(fēng)速、溫度、進(jìn)出風(fēng)口位置對粒子傳播的影響，利用fluent進(jìn)行數(shù)值模擬能夠用來指導(dǎo)室內(nèi)通風(fēng)設(shè)計(jì)。
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