Fluent顆粒沉積
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-04-12
Fluent顆粒沉積的視頻教程
Rocky 2024 DEM離散元顆粒仿真案例教程(耦合Mechanical,Fluent)
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fluent專家-離散相-案例1-管道內顆粒運動軌跡的模擬
fluent-離散相-案例1-管道內顆粒運動軌跡的模擬 案例簡介 本案例模擬顆粒隨著氣流流動時的變化軌跡及與管壁的碰撞，采用DPM模型進行模擬計算，模型如圖所示，直徑為50mm，長度為1000mm，球形顆粒直徑為1mm，攜帶球形顆粒的氣流以1m/s的速度從入口流入。 視頻從建模到最后結果后處理，全程錄制，讓大家可以自己按照視頻做出來 知識點：dpm模型、侵蝕模型、等等
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Fluent顆粒沉積的實例教程
在過去的二十年里，液滴蒸發中的微流動和顆粒沉積引起了科學家極大的研究興趣，這既因為蒸發過程中蘊含著豐富的物理學現象，例如常見的“咖啡環效應”，又由于其在綠色印刷、微納器件制備、疾病診斷等領域展現出廣闊的應用前景。同時，作為人體體液等復雜體系的一種簡單模型，研究膠體液滴的操控、蒸發及顆粒沉積，可為未來空間探索任務中的復雜流體管理、資源再生與利用、宇航員生理狀況監測等提供理論指導和技術支持。然而，蒸發中的膠體液滴是一個高度非平衡體系，存在復雜的傳熱傳質和能量交換過程，顆粒沉積理論仍不完善，這大大限制了其應用。
近期，中科院力學所微重力重點實驗室王育人團隊針對空間中膠體液滴操控及液滴內顆粒沉積動力學的研究取得重要進展。一是基于實踐十號（SJ-10）衛星提供的高水平微重力實驗平臺，集成表面浸潤性修飾、復雜流體均勻分散等多項關鍵技術，發展了一套空間復雜流體管理系統，成功實現了膠體液滴在太空的生成和操控。相關結果發表在Langmuir (W. Li, H. Sun, D. Lan, and Y. Wang, 2018, DOI: 10.1021/acs.langmuir.8b00219)及Microgravity Sci. Technol. (W. Li, D. Lan, Z. Sun, B. Geng, X. Wang, W. Tian, G. Zhai and Y. Wang, 2016, DOI: 10.1007/s12217-016-9497-6)上，并授權多項國家發明專利。二是首次在咖啡環內部發現了二維網絡狀圖案，提出去浸潤和顆粒組裝之間的相互耦合機制是決定沉積結構的主要原因。通過進一步研究，發現重力沉降、氣液界面收縮及毛細補償流在蒸發不同階段的相互協同和競爭共同影響了顆粒的聚集狀態，提出了正置和倒置液滴中顆粒運動的追擊和相遇機制。
展開 可以發現，沉積組分的濃度分布與電子密度場的分布趨勢相近，表明相對于組分的對流和擴散作用，電離場對組分分布的影響更大。此外，可以看到由于沉積組分在晶圓表面產生化學吸附，晶圓表面沉積組分減少，形成薄薄的一層薄膜。我們還可以發現，SiH3和H在空間分布不均勻，而薄膜的沉積厚度取決于沉積組分的吸附作用，因此這可能是引起非晶硅薄膜沉積厚度不均勻的原因之一。
圖13 SiH3摩爾分數云圖
圖14 H的摩爾分數云圖
結論
化學氣相沉積過程較為復雜，包含宏觀和微觀反應過程，因此很難通過實驗測量的方法獲得反應器內的流體流動特性。采用CFD軟件FLUENT可以深入探究反應器內的復雜化學反應過程，流場流動特性，從而找到引起沉積薄膜厚度不均的原因。接下來，我們可以通過改進反應器結構、優化流場參數來提高沉積薄膜的均勻性。
展開 圖11：SiH4的摩爾分數云圖
圖12：H2的摩爾分數云圖
非晶硅薄膜的厚度主要取決于沉積組分SiH3和H的沉積量，SiH3和H的摩爾分數分布云圖如圖12、13所示。可以發現，沉積組分的濃度分布與電子密度場的分布趨勢相近，表明相對于組分的對流和擴散作用，電離場對組分分布的影響更大。此外，可以看到由于沉積組分在晶圓表面產生化學吸附，晶圓表面沉積組分減少，形成薄薄的一層薄膜。我們還可以發現，SiH3和H在空間分布不均勻，而薄膜的沉積厚度取決于沉積組分的吸附作用，因此這可能是引起非晶硅薄膜沉積厚度不均勻的原因之一。
圖13：SiH3摩爾分數云圖
圖14：H的摩爾分數云圖
結論
化學氣相沉積過程較為復雜，包含宏觀和微觀反應過程，因此很難通過實驗測量的方法獲得反應器內的流體流動特性。采用CFD軟件Fluent可以深入探究反應器內的復雜化學反應過程，流場流動特性，從而找到引起沉積薄膜厚度不均的原因。接下來，我們可以通過改進反應器結構、優化流場參數來提高沉積薄膜的均勻性。
展開 當你設置好DPM模型的初始條件后，你需要指定顆粒的類型。依據手上仿真的工況，參考下面Fluent提供的5種顆粒類型，從而選擇合適你需要的顆粒類型。
在DPM模型中，提供了5種仿真類型。并不是所有顆粒類型都能選用的，有些顆粒類型需要配合其他模型一起打開才能選到的。
從上面DPM面板中看到，提供了下面5種顆粒類型：Massless, Inert, Droplet, Combusting和 Multicomponent。
1. Massless
Massless（無質量顆粒），一種離散元素，在連續流體中跟隨流動。由于它沒有質量，所以它和物理屬性沒有關聯，同樣，也不受力。但是，可以分配一種用戶定義定律（User-Defined Law）給它。
可選性：在Fluent任何模型中，慣性顆粒總是可選的。
2. Inert
Inert（慣性顆粒），一種離散相類型，例如顆粒、液滴或氣泡，服從力平衡，以及受到加熱／冷卻影響（由定律1確定）。
可選性：在FLUENT任何模型中，慣性顆粒總是可選的。
3. Droplet
Droplet（液滴顆粒），是一種存在于連續相氣流中的液體顆粒。它服從力的平衡并受到加熱／冷卻的影響（由定律1 確定）。此外，他還由定律2 和3 確定自身的蒸發與沸騰。
可選性：只有傳熱選項被激活并且至少兩種化學組份在計算中是被激活的，或者已經選擇了非預混燃燒或部分預混燃燒模型，液滴類型才是可選的。當選擇了液滴類型之后，用戶應該使用理想氣體定律來定義氣相密度。
4. Combusting
Combusting（燃燒顆粒），是一種固體顆粒，它遵從力平衡通過由定律1 所確定的加熱冷卻過程、由定律4 所確定的揮發份析出過程以及由定律5 所確定的異相表面反應機制。
展開 本案例利用Fluent中的DEM模型，對管道運輸進行流體仿真，主要是對管路顆粒運輸過程進行診斷，防止出現顆粒陷入死循環，導入管路阻塞和浪費。因此進行相關的管路氣力運輸可以按照本文的相關設置進行仿真計算。
1 workbench 設置
本案例具體設置如下圖 ：
2 SCDM 設置
2.1 導入幾何
本案例的管道模型十分簡單，為幾段簡易管路組成 。具體的幾何模型與邊界條件如下所示：
其中上方為入口邊界條件，下方為出口邊界條件。
3 Fluent Meshing 設置
3.1 網格設置
采用 Fluent meshing 進行網格劃分，采用四面體網格劃分，并劃分相對應的邊界層網格。具體的網格劃分如下圖所示：
4 FLUENT 設置
4.1 General設置與網格導入
首先導入網格，然后勾選為瞬態計算，并選擇壓力基求解器。打開重力選項，由于本案例是以y軸負向作為重力方向，因此需要再y出設置為-9.81m/s。
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本案例利用Fluent中的DEM模型，對管道運輸進行流體仿真，主要是對管路顆粒運輸過程進行診斷，防止出現顆粒陷入死循環，導入管路阻塞和浪費。因此進行相關的管路氣力運輸可以按照本文的相關設置進行仿真計算。
1 workbench 設置
本案例具體設置如下圖 ：
2 SCDM 設置
2.1 導入幾何
本案例的管道模型十分簡單，為幾段簡易管路組成 。具體的幾何模型與邊界條件如下所示
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
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課程名稱：基于ANSYS Fluent軟件的顆粒表面反應專題應用培訓
預排開課日期：4/11-4/12
課程難度：高階級
培訓費：5000
備注：實際開課日期或因學員報名情況進行調整，最終日期請以笛佼科技官方確認為準。
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當你設置好DPM模型的初始條件后，你需要指定顆粒的類型。依據手上仿真的工況，參考下面Fluent提供的5種顆粒類型，從而選擇合適你需要的顆粒類型。
在DPM模型中，提供了5種仿真類型。并不是所有顆粒類型都能選用的，有些顆粒類型需要配合其他模型一起打開才能選到的。
從上面DPM面板中看到，提供了下面5種顆粒類型：Massless, Inert, Droplet, Combusting
鄧瑞英
上海安世亞太公司
化學氣相沉積技術（CVD）主要是利用含有薄膜元素的氣相物質在襯底表面進行化學反應生成薄膜的方法，該技術廣泛應用于生產晶體、晶體薄膜，晶須，多晶/非晶材料膜。化學氣相沉積技術在半導體工業中有著比較廣泛的應用，例如，非晶硅薄膜太陽能電池中非晶硅材料的制備采用的就是等離子增強型化學氣相沉積技術
作者：鄧瑞英，上海安世亞太流體工程師
本文為上海安世亞太原創內容，若要轉載請標明出處
研究背景
化學氣相沉積技術主要是利用含有薄膜元素的氣相物質在襯底表面進行化學反應生成薄膜的方法。該技術廣泛應用于生產晶體、晶體薄膜，晶須，多晶/非晶材料膜。化學氣相沉積技術在半導體工業中有著比較廣泛的應用，例如，非晶硅薄膜太陽能電池中非晶硅材料的制備采用的就是等離子增強型化學氣相沉積技術（
文章發布：上海安世亞太官方訂閱號（搜索：PeraShanghai）
聯系我們：021-58403100
英文原文由David Stenger, Markus Braun著。
編者按
整個案例使用純DEM計算-與轉鼓內流體流動無交互作用，啟用滾動模型，通過網格運動實現幾何運動
本教程演示了管道內固體顆粒隨氣流運動的設置和求解。幾何模型為二維模型。
1 啟動Workbench并建立分析項目
（1）在Windows系統下執行“開始”→“所有程序”→ANSYS 19.2→Workbench命令，啟動Workbench 19.2，進入ANSYS Workbench 19.2界面。
（2）雙擊主界面Toolbox（工具箱）中的Analysis systems
在過去的二十年里，液滴蒸發中的微流動和顆粒沉積引起了科學家極大的研究興趣，這既因為蒸發過程中蘊含著豐富的物理學現象，例如常見的“咖啡環效應”，又由于其在綠色印刷、微納器件制備、疾病診斷等領域展現出廣闊的應用前景。同時，作為人體體液等復雜體系的一種簡單模型，研究膠體液滴的操控、蒸發及顆粒沉積，可為未來空間探索任務中的復雜流體管理、資源再生與利用、宇航員生理狀況監測等提供理論指導和技術支持。然而，蒸發中的膠體液滴是一個高度非平衡體系
