顆粒流體的案例
仿真應用 | Rocky DEM與ANSYS Fluent聯合仿真
圖1-Rocky DEM可以集成在ANSYSWorkbench平臺下
DEM-CFD耦合方法對模擬顆粒-流體系統的作用非常巨大，能以數值仿真來擴大顆粒-流體耦合的模擬處理范圍。復雜的物理現象，如氣力輸送、顆粒干燥、研磨機內漿液流動、甚至是顆粒與流體之間的化學反應，都可以借助這種方法來實現仿真和分析。
圖2-Rocky與ANSYS集成后，FLUENT的計算結果可通過接口傳遞給Rocky
Rocky DEM作為ANSYS Workbench的組件，能夠與ANSYS Fluent進行耦合計算，無需借助第三方工具。其耦合方式有兩種：單向和雙向耦合。
圖3-Rocky DEM與FLUENT耦合方式
圖4-Rocky DEM與FLUENT雙向流固耦合設定界面
在進行耦合計算時，流體-顆粒相互作用的納維斯托克斯方程中的耦合項，考慮了阻力、升力浮力、虛擬質量、角動量和其他力。流體對顆粒的作用通過相間作用力（曳力）來實現的，而顆粒對流體的影響，則通過體積分數和動量交換力完成。
圖5-Rocky DEM與FLUENT耦合計算內核
圖6-耦合計算中流體對顆粒的作用
圖7-耦合計算中顆粒對流體的影響
RockyDEM和Fluent單向耦合計算
風移器在工業中通常用于分離不同質量的顆粒。采用Rocky DEM和Fluent單向耦合的方式可以模擬出流體中輕顆粒上浮、重顆粒下沉的現象。在計算過程中，可以使用不同的阻力模型進行計算。
展開 顆粒的最大堆積密度是多少？離散元軟件如何模擬最密堆積問題？
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四、DEMms軟件主要技術指標
計算規模：
顆粒數量：計算顆粒數>109，可處理物理顆粒數>1014
并行計算：支持支持上萬CPU核心的并行計算，并行效率>45%
GPU加速：支持GPU加速計算
不規則顆粒功能：
支持球形填充
支持柔性顆粒
支持異性顆粒
顆粒間作用模型：
支持線性歷史模型、線性模型、Hooke歷史模型、Hooke模型、Hertz歷史模型、Hertz模型
支持滾動摩擦模型、液橋力模型、顆粒粘性作用模型
支持顆粒傳熱模型，包括Watson模型和Batchelor模型
幾何壁面功能：
支持基礎幾何建模，包括平面、圓柱、圓臺、圓面、圓環面、長方體、球體、球缺、斜面等
支持運動幾何壁面，包括振動、垂直振動、旋轉等
支持STL壁面，包括靜止、繞軸旋轉、單軸振動、雙軸振動、分段平動等
流體耦合計算：
支持化學反應
支持粗粒化模型，包括EMMS模型、軟殼層顆粒團碰撞粗粒化模型、傳遞和反應粗粒化模型
支持笛卡爾正交六面體網格和普通網格
顆粒-流體作用模型：
支持顆粒-流體曳力模型
支持顆粒-流體壓力梯度力
支持顆粒-流體-顆粒傳熱模型
支持顆粒-流體對流傳熱模型
支持顆粒溫度迭代模型
支持核函數法統計顆粒體積分數
支持濕顆粒氣流干燥模型，考慮顆粒-氣流傳熱過程
展開 [案例分析]STARCCM+入門系列之——拉格朗日顆粒型流體分析
教程中模擬流經部分阻塞的彎管的顆粒負載型空氣流。標準壓力（1個大氣壓）下的空氣以 10 m/s 的速度進入通道。流體在通過部分阻塞的90 度彎管后，豎直流出出口。假定所有流體屬性都是恒定不變的。氣流中植入了固體顆粒，均勻地分布在管道入口處。進氣中的顆粒體積加載量是0.01%，這相當于顆粒體積流率為 6.4516 x 10–7m3 /s。模型如下：
2、STAR-CCM+設置
（1）選擇連續相物理模型；流體是湍流且不可以壓縮。分離流模型同默認 K-Epsilon 湍流模型一起使用，拉格朗日多相模型用于構建離散相模型。物理模型的選擇如下：
（2）選擇拉格朗日相模型；創建拉格朗日相，并選擇適當的相模型。這些模型代表拉格朗日相的特征。右鍵單擊Models >Lagrangian Multiphase > Lagrangian Phases選項，選擇新建一個相，給拉格朗日相選擇相應的物理模型，如下：
（3）定義連續相邊界條件；定義inlet為速度進口，速度為10m/s，湍流強度為0.005，湍流長度比例為0.001m，出口為壓力邊界；
（4）設置拉格朗日相噴射器；右鍵選擇Injectors，新建噴射器，將噴射器的類型設置為部件噴射，相應的部件選擇inlet，相應的拉格朗日相選擇相1。新建的噴射器屬性設置如下：
（5）由于本案例是穩態模擬，最大迭代次數設置為1000
（6）運行模擬；計算結果如下：
管道內的速度場
粒子的滯留時間
本文轉自有限猿仿真博客，感謝原作者。如有侵權請立即聯系刪除。
展開 快樂學習，用流體知識解決實際問題（7）---射流實例（空氣+水+顆粒）,CFX實例
使用軟件：CFX ，ICEM
網格：六面體，質量>0.5
物理模型：多項流（空氣+水+顆粒）
本來是拿fluent做的，然后向看看CFX做射流的效果如何
過程是從入口噴出水和顆粒的混合物,然后噴射到一個鋼板上,采用sst湍流模型，入口設置流體速度為100M/S,然后加入顆粒，設置一些顆粒的屬性。大概就是這樣一個過程，設置水和空氣的表面張力。設置了連續相和分散相等等】
CFD-DEM模擬簡介
顆粒相計算
當流場收斂后，進行顆粒相的計算，主要包括以下8個子步驟：
1 顆粒-顆粒、顆粒-壁面碰撞力計算；
2 計算流體壓力梯度力和曳力；
3 更新顆粒速度和位置；
4 多進程并行計算時，傳遞進程邊界顆粒信息；
5 更新顆粒鄰居列表；
6 更新顆粒-流體網格映射關系；
7 更新顆粒-流體網格插值系數；
8 更新流體網格中流體體積分數。
一般情況下，由于流體的計算時間步長大于顆粒計算時間步長，以上1-8步需要重復多次，但在每一步的計算中，流體的速度、密度和壓力分布保持不變。當顆粒和流體的時間同步后，停止顆粒的計算轉為流體的計算。重復以上步驟，直到達到預先設定的模擬時間。
展開 多相流模型|DPM01基礎知識
Discrete Phase Model（DPM）是CFD中用于求解流體中顆粒運動問題，比如粉塵、液滴或氣泡。跟連續介質流體不同，這種離散相可以被單獨追蹤或成組追蹤
DPM中，需要定義兩種不同相，連續相跟顆粒相。兩相通過控制方程中的源相進行耦合。
DPM的物理模型
跟單相流一樣，連續相通過歐拉模型建模。拉格朗日模型用于追蹤顆粒相，并基于網格中流動的變量（速度 、密度等）調整顆粒的運動軌跡。
反過來，顆粒相也可以通過源項調整動量、溫度、組分等，影響連續相的流動。包括顆粒/液滴的蒸發。
計算中，顆粒被當移動的點質量，受到周圍流動、重力及其他顆粒引起的作用力。每個顆粒表征一個真實的顆粒或一組真實的顆粒群（取決于具體的應用）。
一般要求第二相的體積分數小于10%，才能夠使用DPM模型，且網格尺寸要大于顆粒直徑。由于未考慮顆粒體積變化及顆粒之間碰撞影響，因此會降低部分精度。
DPM模型的應用
以下是DPM模型常見的應用場景：
噴霧模擬：比如噴霧干燥和噴漆、噴油器特性；
顆粒追蹤：追蹤流動中顆粒的運動，例如沉積物運移、芯片中微管道顆粒運動，污染物擴散或者粉塵擴散等。
燃燒模擬：對燃料固體顆粒或者油滴建模。
Stokes數
Stokes數是流體力學中描述顆粒與流體相互作用的核心參數，其定義為顆粒弛豫時間與流體特征時間的比值：
中為顆粒弛豫時間（反映顆粒速度衰減至流體速度所需時間），
為流體特征時間（與流動的時空尺度相關），與系統的特征長度及特征速度有關，.
當遠小于1時，顆粒可以緊跟著流體運動，此時，采用DPM、Mixture或歐拉都可以，取決于其他參數。
當大于1時，顆粒獨立于流體運動，DPM或者歐拉模型二選一。
展開 CFD學習：推導沉降速度的斯托克斯定律
作者Cadence CFD 解決方案
關鍵要點
如果流體中存在顆粒或成分，它們會加速，直到摩擦力等于重力的凈力。
沉降速度的大小給出了顆粒和流體的相對速度的概念。
根據斯托克斯沉降速度定律，當顆粒的密度大于流體密度時，它會下降。
流體中沉積物或顆粒的運動與其沉降時間有關
流體中存在的成分或顆粒有時會分離；這方面的一些例子包括油氣分離和沉積物與液體的分離。流體中沉積物或顆粒的運動與沉降時間有關。沉降時間在分離過程中非常重要。粒子的沉降時間決定了它們上升或下降給定距離所需的時間。根據顆粒的沉降速度，分離方法會發生變化。
沉降速度受基于粒徑和系統類型的四個定律支配。斯托克斯沉降速度定律與較小的粒徑有關。
分離流體中的組分
根據顏色、形狀、大小等，分離流體中存在的組分可以是復雜的也可以是簡單的。組分的物理差異主要用于手動分離。基于設備的分離考慮了物理和化學差異的重要性。
沉降速度
當涉及到流體中存在的組分的分離時，沉降速度具有重要意義。如果流體中存在顆粒或成分，它們會加速，直到摩擦力等于重力的凈力。每當作用在流體中移動粒子上的阻力或摩擦力等于粒子的重量時，粒子開始以恒定速率下落。粒子停止加速并以恒定速度移動。粒子在流體中移動的這種恒定速度稱為沉降速度或終端下降速度。在沉降速度下，粒子的加速度為零。
顆粒大小和沉降速度
顆粒的大小影響沉降速度。當顆粒尺寸較小時，它們會更快地達到沉降速度。隨著尺寸的增加，達到沉降速度所需的時間增加。沉降速度是確定粒子上升或下降給定距離所需時間的量度。
沉降速度的大小給出了顆粒和流體的相對速度的概念。懸浮在流體中的顆粒大小直接影響沉降速度。例如，考慮小于 2 微米的懸浮顆粒。
展開 關于Abaqus滲流及流固耦合分析中的幾點認識
在Suboptions中選擇Saturation Dependent 參數來指定與飽和度相關性系數ks(s)，缺省設置為ks＝s3，而非飽和介質滲透系數k’=ksk
選擇Velocity dependence參數可以激活Forchheimer定律，缺省的是Darcy定律
4)Pore Fluid Expansion：定義固體顆粒與流體體積熱變化效應。
5)Porous Bulk Moduli：定義固體顆粒與流體體積模量。
6)Sorption：定義負孔隙壓力與飽和度之間的相關性。當type=Absorption時，定義吸濕曲線，
type=Exsorption時定義排水曲線。
3、載荷及邊界條件& r&
1)通過(Load-creat-step-fluid-surface pore fluid)選項定義沿著單元表面的外法線方向的滲流速度vn，當考慮降雨影響時可采用此載荷5
(2)邊界條件(Boundary condition-creat-other-pore pressure)選項定義孔壓邊界條件，此時要先假定浸潤面的位置，然后定義浸潤面上的孔壓為零，Abaqus會在后續的分析計算中自動計算出浸潤面的位置。Abaqus默認的是不透水邊界。
.3)當滲流自由面遇到臨空的自由排水面時，需要定義一個特殊的邊界條件。此時可以通過在inp文件中加入*Flow或*Sflow來定義
4)初始條件的定義。
展開 ABAQUS模擬滲流要點
(4)Pore Fluid Expansion：定義固體顆粒與流體體積熱變化效應。
(5)Porous Bulk Moduli：定義固體顆粒與流體體積模量。
(6)Sorption：定義負孔隙壓力與飽和度之間的相關性。當type=Absorption時，定義吸濕曲線，type=Exsorption時定義排水曲線。
3、載荷及邊界條件
(1)通過(Load-creat-step-fluid-surface pore fluid)選項定義沿著單元表面的外法線方向的滲流速度vn，當考慮降雨影響時可采用此載荷
(2)邊界條件(Boundary condition-creat-other-pore pressure)選項定義孔壓邊界條件，此時要先假定浸潤面的位置，然后定義浸潤面上的孔壓為零，Abaqus會在后續的分析計算中自動計算出浸潤面的位置。Abaqus默認的是不透水邊界。
(3)當滲流自由面遇到臨空的自由排水面時，需要定義一個特殊的邊界條件。此時可以通過在inp文件中加入*Flow或*Sflow來定義
(4)初始條件的定義。初始條件中一般要定義以下幾種：
*initial condition,type=saturation 初始飽和度
*initial condition,type=pore pressure 初始孔壓
*initial condition,type=ratio 初始孔隙比
當進行耦合分析時，基本步驟同上，但要去掉除邊界條件之外的約束，同時還要在邊界上加上流體壓力。
展開 [問題討論]STARCCM+入門系列之——多相流的基礎知識
多相流體這個術語指同一系統（其中，相之間存在不同交界面）中的多個相的流體和相互作用。術語“相”通常指物質的熱力學狀態：固體、液體或氣體。
在建模術語中，相具有更廣義的定義，并且可定義為系統中的物質量，其本身具有用于區別于該系統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形液膜流體。
如果相占用斷開的空間區域，則將其視為離散相，否則視為連續相。
STAR-CCM+ 提供以下不同模型來滿足這兩個流體類別的要求：
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時的運動方程進行求解。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相組成的系統。它適用于離散相與物理邊界的相互作用至關重要的情況。
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測壁膜的動態特征。液膜傳輸使用橫跨形成液膜的固體壁面表面的薄殼進行預測。
l
. 離散元模型 (DEM)：此模型是拉格朗日多相模型的延伸，但它將對各個顆粒（而不是代表性粒子束）進行建模，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行建模。在此模型中，通過假設懸浮液是均勻的單相系統來減少計算量。
l
.
展開 CFD專欄丨為什么需要CFD+DEM耦合方法分析顆粒兩相流？
什么是顆粒兩相流？
顆粒-流體兩相流在許多行業中都會遇到，包括能源、農業、采礦、食品、制藥等。
他的特點是：顆粒（離散相）被氣體或液體（連續相）夾帶和輸運。顆粒和流體介質之間存在質量，動量和能量傳遞，而且顆粒之間，顆粒和固體壁面也發生碰撞。
基于Ansys Fluent 的顆粒分離/過濾解決方案
過濾是指通過特殊裝置將顆粒移除，將流體提純凈化的過程。過濾的方式很多，應用的物系也很廣泛，固-液、固-氣、大顆粒-小顆粒等。本文主要講述如何通過Fluent軟件實現在設備工作場景中的顆粒分離/過濾。
目錄
1. Eulerian method（瞬態方法）
2. DPM
3. DDPM
1. Eulerian method（瞬態方法）
此方法適用于高負載(顆粒體積含率較高)的情況。
? 固定速度:多孔介質中第二相(次要相)顆粒速度設置為0
? 多孔介質/膜外面的顆粒將會堆積
? 堆積的顆粒造成的壓降通過顆粒與流體之間的曳力描述
假設所有的顆粒都被捕捉，將多孔介質中的顆粒速度約束為0，從而阻止顆粒通過多孔介質。
2.DPM
方法:一系列的穩態仿真結果(也可應用于非穩態計算)
(1) 通過UDsF獲得顆粒在膜上的沉積；
(2)基于顆粒在膜上的沉積分布，根據沉積量調整阻力；
假設在膜兩側施加定常壓力，每次釋放的顆粒，都將沉積到過濾層。注意:沉積發生在尖端和凹槽處。
隨著沉積物的積累，流量將會將會輕微的發生變化。
Deposit vs. Mass Flow Rate (kg/s)
1. 0.0089773936
2. 0.0086228549
3. 0.0075318487
4. 0.0070381071
顆粒沉積在過濾膜上的相關UDFs
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展開 R1234yf新一代環保制冷劑泄漏檢測用什么傳感器？
R1234yf的應用領域
R1234yf可以應用于冰箱制冷劑、滅火劑、傳熱介質、推進劑、發泡劑、起泡劑、氣體介質、滅菌劑載體、聚合物單體、移走顆粒流體、載氣流體、研磨拋光劑、替換干燥劑、電循環工作流體等領域。
R1234yf制冷劑的研究始于2007年，2010年得出的結論是該制冷劑作為新型制冷劑可以在汽車中安全使用。R1234yf被認為是汽車空調可選擇的替代制冷劑，并滿足環保和客戶的雙重要求。 并由美國杜邦與霍尼韋公司生產投放市場
歐洲出臺過一項法規，要求從當年年初開始所有在歐洲范圍內生產、銷售的新車必須采用新型環保的R1234yf作為汽車空調制冷劑，來取代原先使用的制冷劑R134a（制冷劑在密封的空調系統中循環流動，制冷劑的好壞對于整個系統而言非常重要），原因在于R1234yf的全球變暖潛能值僅僅為4GWP，而老一代制冷劑R134a高達1300GWP，相較而言，新型制冷劑基本對全球變暖沒有什么影響。
自2017年1月1日起，在歐洲境內生產和銷售的所有新車，禁止使用GWP＞150的制冷劑。可以看出廣泛作為汽車空調制冷劑的R134a(GWP=1300)的逐步淘汰將成為必然趨勢。DuPont與Honeywell推出的第四代制冷劑R1234yf和R1234ze被認為是替代R134a的新一代環保制冷劑,所以R1234yf會首先應用于汽車空調上。
然而新型汽車空調制冷劑R1234yf雖然在釋放的CO2量少于老一代制冷劑，但是具有非常大的安全隱患，梅賽德斯奔馳位于斯圖加特-下圖爾克海姆的一段測試路段上，使用新型制冷劑的汽車在測試時，14 次測試中，有至少十次制冷劑在遇到高溫發動機零件時發生燃燒，且連續五天發生燃燒的情況，就是因為采用該制冷劑的車在出現嚴重的碰撞時，會因為空調制冷劑管道破裂而起火，并且在燃燒時還會釋放出氟化氫有毒氣體。
展開 基于離散元仿真軟件DEMms的雙錐水力旋流器-顆粒分離性能分析
在多相流顆粒分離研究領域，精確模擬顆粒運動行為一直是技術攻關的核心難題。兩段錐形水力旋流器作為關鍵分離設備，其底流管直徑與入口速度對分離性能的影響機制復雜，亟需高精度模擬技術予以揭示。基于此，團隊創新開發氣-液-固三相湍流模擬方法（VOF - RSM - DEM），其中自主研發的 DEMms 軟件，憑借獨特的算法架構與模擬能力，成為攻克該難題的核心技術支撐。
創新算法架構，實現顆粒運動精準建模
DEMms 軟件基于離散元法構建核心算法體系，深度融合牛頓第二定律與歐拉第二運動定律，為顆粒的平移與旋轉運動提供精確的動力學描述。在顆粒與流體、顆粒與顆粒及壁面的交互過程中，軟件通過多物理場耦合算法，實現對曳力、升力、碰撞力等復雜作用力的實時計算。
值得一提的是，軟件引入的隨機跟蹤模型，采用拉格朗日隨機軌道理論，能夠準確捕捉瞬時湍流速度脈動對顆粒軌跡的影響，使模擬結果與實際工況的吻合度大幅提升。通過這種精細化的算法設計，DEMms 軟件成功將顆粒運動模擬精度提升至新高度。
嚴謹驗證流程，確保模擬結果可靠性
為驗證 DEMms 軟件在三相湍流模擬體系中的有效性，研究團隊開展了系統性驗證工作。
以標準旋流器為研究對象，通過網格無關性驗證，確定了最優網格劃分方案，有效避免因網格誤差導致的模擬偏差。在與實驗數據的對比中，軟件模擬的切向速度、軸向速度與實際測量值呈現高度一致性，壓降和液體分流比的相對誤差控制在工程可接受范圍內，分離效率曲線的擬合度也達到理想水平。
這種從算法設計到模擬驗證的全流程技術把控，充分證明了 DEMms 軟件在水力旋流器流體動力學行為及分離性能模擬方面的可靠性與準確性。
深度應用剖析，挖掘分離性能關鍵規律
依托 DEMms 軟件構建的高精度模擬體系，研究人員對兩段錐形水力旋流器展開深入研究。
展開 【多相流】fluent中如何選擇多相流模型？（2）
混合模型可應用于：
低負荷顆粒流、氣泡流、沉降和旋風分離器。混合模型也可以用于沒有相對速度的分散相來模擬均勻多相流。
Eulerian模型
歐拉模型是ANSYS Fluent中最復雜的多相流模型。它要為每一項求解一系列的動量和連續性方程。通過壓力和相間交換系數實現了耦合。處理這種耦合的方式取決于所涉及相的類型:顆粒狀(流體-固體)流動與非顆粒狀(流體-流體)流動的處理方法不同。對于粒狀流動，應用動力學理論得到顆粒流的性質。兩相之間的動量交換也取決于所模擬的混合物的類型ANSYS Fluent的用戶定義函數可用來定義計算動量交換。歐拉多相流模型可應用于：
氣泡塔、提升器、顆粒懸浮和流化床。
02—
多相流模型的對比
一般情況下，一旦確定了最能代表你的多相系統的流型，就可以根據以下指導原則選擇合適的模型:
對于相混合或分散相體積分數超過10%的含氣泡、液滴和顆粒流，使用混合物模型或歐拉模型。
對于段塞流，使用VOF模型。
對于分層/自由表面流，使用VOF模型。
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