CFD兩相流的案例
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(yè)中都會(huì)遇到，包括能源、農(nóng)業(yè)、采礦、食品、制藥等。
他的特點(diǎn)是：顆粒（離散相）被氣體或液體（連續(xù)相）夾帶和輸運(yùn)。顆粒和流體介質(zhì)之間存在質(zhì)量，動(dòng)量和能量傳遞，而且顆粒之間，顆粒和固體壁面也發(fā)生碰撞。
CFD歐拉（Eulerian）氣液兩相流作用演示
1、建模，選擇DM。
2、調(diào)整單位為毫米。
3、選擇繪圖，選擇矩形繪制。
4、繪制完成后，對(duì)矩形進(jìn)行標(biāo)注長(zhǎng)度，以更改我們所需要的數(shù)據(jù)，選擇Dimensions，對(duì)長(zhǎng)寬進(jìn)行標(biāo)注。（H=30mm，V=60mm）
5、選擇修改（Modify），對(duì)兩條線進(jìn)行分割。
6、更改兩條短線的值（V1=V2=10mm）。
7、使草圖生成面。
8、選擇草圖的其中一條線，點(diǎn)擊APPLY，其他值按照?qǐng)D例設(shè)置。
9、點(diǎn)擊generate生成面。
10、關(guān)閉DM，進(jìn)行網(wǎng)格劃分。
11、右鍵點(diǎn)擊Mesh，選擇insert中的sizing。
12、由于模型是2維的，故要選擇定義線。
13、按住control對(duì)兩條邊進(jìn)行選擇。
14、選擇完兩邊后，按照下圖進(jìn)行更改。
15、重復(fù)右鍵點(diǎn)擊Mesh，選擇insert中的sizing。（直至所有邊選擇完）數(shù)據(jù)分別如下圖。
16、將定義的edge，由soft改為hard。
17、右鍵點(diǎn)擊Mesh，選擇insert中的face meshing。
18、單擊面，選擇apply
19、右鍵點(diǎn)擊Mesh，選擇生成網(wǎng)格。
20、點(diǎn)擊face meshing，按圖示選擇
展開 CFD運(yùn)用MIXTURE模擬氣液兩相流作用
CFD運(yùn)用MIXTURE模擬氣液兩相流作用，mixture模型共用一套動(dòng)量方程，求解混合相，可以相互融合，相與相之間存在速度差。
1、建模，打開DM。
2、調(diào)整單位為mm。
3、點(diǎn)擊繪圖，選擇矩形。
4、點(diǎn)擊測(cè)量，輸入圖中數(shù)據(jù)。
5、繪制出口入口。
6、測(cè)量并輸入以下數(shù)據(jù)。
7、點(diǎn)擊修改中的修剪。
8、點(diǎn)擊限制，使其等長(zhǎng)。
9、使草圖生成面。
10、點(diǎn)擊草圖一條線，然后點(diǎn)擊apply。
11、點(diǎn)擊生成。
12、點(diǎn)擊mesh。
13、點(diǎn)擊mesh，再生成網(wǎng)格。
14、更改網(wǎng)格數(shù)。
15、定義邊界名稱。
16、關(guān)閉mesh，點(diǎn)擊setup。
17、按圖示輸入。
18、設(shè)置瞬態(tài)和重力加速度。
19、按圖示輸入。
20、定義材料，復(fù)制水。
21、將水設(shè)置為主相，空氣設(shè)為次相。
22、相互作用默認(rèn)選擇。
展開 CFD專欄丨nanoFluidX 單相流和兩相流模型如何選擇？
經(jīng)常有CFD仿真工程師問(wèn)，在SPH粒子法流體力學(xué)建模的時(shí)候：
為什么需要?dú)庖?em>兩相流分析？
什么場(chǎng)景下可以用單相流？
如何在Altair? nanoFluidX?中設(shè)置單/多相參數(shù)？
首先需要明確的是，我們?cè)谀M自由液面、液體晃動(dòng)之類問(wèn)題的時(shí)候，通常背景環(huán)境總是有空氣的。
如果在SPH模型中忽略輕流體（空氣），僅考慮重流體（水或油），那么在沒(méi)有粒子的void區(qū)域，流體的壓力和速度信息是空白的。反之，兩相流模型的計(jì)算域內(nèi)充滿了粒子，體積守恒和Shepard coeff=1更容易保證。
考慮 Windage 效應(yīng)的時(shí)候，必須采用氣-液兩相流，否則空氣的摩擦、輸運(yùn)效果無(wú)法仿真。比如下面這個(gè)3000RPM單齒輪的例子，初始液位低于齒輪的最低點(diǎn)。由于齒輪旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)了空氣，從而液面產(chǎn)生晃動(dòng)。
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【CFD教程】3分鐘學(xué)會(huì)兩相流非穩(wěn)態(tài)水壩潰堤仿真
一、案例背景
潰壩指的是水壩突然損壞，壩后水體流出形成洪水的過(guò)程。潰壩模擬可對(duì)水壩的設(shè)計(jì)、管理及災(zāi)后救援提供參考。
本案例需要的輸入文件和參數(shù)信息如下表：
網(wǎng)格文件
Dambreak.msh
網(wǎng)格類型
整體網(wǎng)格為六面體網(wǎng)格的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，網(wǎng)格數(shù)量10萬(wàn)
介質(zhì)
25°空氣，水密度997kg/m^3
湍流模型
Standard k-epsilon
邊界條件
出口靜壓：101325Pa
圖1 網(wǎng)格模型
二、網(wǎng)格處理
1. 新建工程
a. 啟動(dòng)AICFD 2024R1；
圖2 AICFD窗口
b. 選擇 文件>新建，新建工程，選擇工程文件路徑，設(shè)置工程文件名，點(diǎn)擊“確定”。
干貨分享 | 轉(zhuǎn)運(yùn)站導(dǎo)料槽氣固兩相流仿真
針對(duì)常見的輸煤轉(zhuǎn)運(yùn)站建立相應(yīng)的幾何模型，并采用DEM-CFD氣固兩相流仿真對(duì)物料和氣流進(jìn)行分析，其中使用EDEM軟件分析顆粒的運(yùn)動(dòng)情況，AcuSolve軟件分析氣體的運(yùn)動(dòng)和受力情況，得到轉(zhuǎn)運(yùn)站內(nèi)氣體流速分布情況。
根據(jù)對(duì)比仿真得到的結(jié)果可知：
(1) 擋塵簾能夠有效抑塵：氣流在擋塵簾處撞擊造成能量損失，壓力降低，由于撞擊改向而形成的旋流存在有利于導(dǎo)料槽出口風(fēng)速的降低，從而減少揚(yáng)塵的產(chǎn)生；
(2) 泄壓閥起氣體分流作用：大量氣體從泄壓閥出口處逸出，使導(dǎo)料槽出口流量減少，有效降低誘導(dǎo)風(fēng)帶出的揚(yáng)塵；
(3) 導(dǎo)料槽出口位置前出現(xiàn)負(fù)壓有利于氣體回流，降低風(fēng)速，減少導(dǎo)料槽出口位置的揚(yáng)塵。
關(guān)于導(dǎo)料槽DEM-CFD流固耦合仿真，還需要進(jìn)一步分析下列問(wèn)題：導(dǎo)料槽長(zhǎng)度跟物料下落速度的關(guān)系，擋塵簾的間距跟導(dǎo)料槽長(zhǎng)度、物料下落速度的關(guān)系，泄壓閥的位置關(guān)系，回風(fēng)管到底有沒(méi)有用，管徑跟風(fēng)速、風(fēng)量的關(guān)系，以及導(dǎo)料槽內(nèi)能不能或如何才能形成穩(wěn)定的負(fù)壓。
通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)運(yùn)站導(dǎo)料槽的氣固兩相流仿真來(lái)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)運(yùn)站結(jié)構(gòu)，控制料流速度和導(dǎo)料槽長(zhǎng)度的關(guān)系，合理布置抑塵裝置，可以有效降低誘導(dǎo)風(fēng)，減少揚(yáng)塵產(chǎn)生，從而以最低的成本帶來(lái)最高的效益。
文章來(lái)源：EDEM
展開 CFD與DEM仿真如何提升石油石化流化床工藝效率？
二、CFD 仿真，解析流場(chǎng)，筑牢設(shè)計(jì)根基
CFD 技術(shù)的核心價(jià)值，在于通過(guò)數(shù)值求解 Navier-Stokes 方程，結(jié)合湍流模型、多相流模型及傳熱傳質(zhì)模型，精準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)流化床內(nèi)流體相的動(dòng)態(tài)行為。
在石油石化場(chǎng)景中，CFD 能夠清晰呈現(xiàn)床內(nèi)氣體速度場(chǎng)、壓力場(chǎng)、溫度場(chǎng)與濃度場(chǎng)的分布特征，為宏觀設(shè)計(jì)優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支撐。
在催化裂化流化床反應(yīng)器設(shè)計(jì)中，氣體分布均勻性直接決定反應(yīng)效率。借助 CFD 仿真，可模擬不同操作參數(shù)下的流場(chǎng)形態(tài)，精準(zhǔn)定位氣流死區(qū)、短路等問(wèn)題區(qū)域。基于仿真結(jié)果優(yōu)化氣體分布器結(jié)構(gòu)，能實(shí)現(xiàn)反應(yīng)氣體與催化劑顆粒的高效接觸，有效解決局部過(guò)熱、反應(yīng)不完全等行業(yè)痛點(diǎn)。某石化企業(yè)通過(guò) CFD 優(yōu)化后，催化裂化反應(yīng)器的原料轉(zhuǎn)化率提升 3%-5%，副產(chǎn)物生成量降低 10% 以上。
CFD中氣固兩相流模擬仿真
此外，CFD 在傳熱傳質(zhì)分析中展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)。對(duì)于強(qiáng)放熱或強(qiáng)吸熱反應(yīng)，CFD 可精確計(jì)算氣固相間傳熱系數(shù)、傳質(zhì)系數(shù)，模擬熱量與質(zhì)量的傳遞路徑。通過(guò)優(yōu)化冷卻 / 加熱裝置布局，能實(shí)現(xiàn)床層溫度的均勻控制，避免因溫度波動(dòng)導(dǎo)致的催化劑失活問(wèn)題。同時(shí)，基于濃度場(chǎng)分布數(shù)據(jù)，可合理設(shè)定反應(yīng)停留時(shí)間與物料循環(huán)策略，進(jìn)一步提升原料利用率與產(chǎn)品收率，為流化床工藝的穩(wěn)定運(yùn)行筑牢基礎(chǔ)。
三、DEM 仿真，洞悉顆粒運(yùn)動(dòng)規(guī)律
如果說(shuō) CFD 聚焦流體相，那么 DEM 技術(shù)則專注于解析固體顆粒的運(yùn)動(dòng)與相互作用。在流化床中，催化劑、原料顆粒的流化狀態(tài)、運(yùn)動(dòng)軌跡、碰撞與團(tuán)聚行為，直接影響反應(yīng)效率與設(shè)備壽命。DEM 通過(guò)將每個(gè)顆粒視為獨(dú)立個(gè)體，基于牛頓運(yùn)動(dòng)定律追蹤其位置、速度與加速度，同時(shí)考慮顆粒間接觸力、摩擦力、粘結(jié)力及顆粒 - 壁面相互作用，為微觀設(shè)計(jì)優(yōu)化提供關(guān)鍵依據(jù)。
在催化劑顆粒選型與設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，DEM 仿真發(fā)揮著不可替代的作用。
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