Fluent顆粒模擬
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時(shí)間：2023-04-12
Fluent顆粒模擬的視頻教程
fluent專家-離散相-案例1-管道內(nèi)顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡的模擬
fluent-離散相-案例1-管道內(nèi)顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡的模擬 案例簡(jiǎn)介 本案例模擬顆粒隨著氣流流動(dòng)時(shí)的變化軌跡及與管壁的碰撞，采用DPM模型進(jìn)行模擬計(jì)算，模型如圖所示，直徑為50mm，長(zhǎng)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(jié)果后處理，全程錄制，讓大家可以自己按照視頻做出來(lái) 知識(shí)點(diǎn)：dpm模型、侵蝕模型、等等
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Rocky 2024 DEM離散元顆粒仿真案例教程(耦合Mechanical,Fluent)
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螺旋輸送機(jī)的顆粒流動(dòng)模擬(離散元法)
離散單元法(DEM)是計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)的一個(gè)重要方法,可以模擬大量相互作用的離散粒子的運(yùn)動(dòng)，跟蹤每個(gè)粒子之間。
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Fluent顆粒模擬的實(shí)例教程
本教程演示了管道內(nèi)固體顆粒隨氣流運(yùn)動(dòng)的設(shè)置和求解。幾何模型為二維模型。
1 啟動(dòng)Workbench并建立分析項(xiàng)目
（1）在Windows系統(tǒng)下執(zhí)行“開(kāi)始”→“所有程序”→ANSYS 19.2→Workbench命令，啟動(dòng)Workbench 19.2，進(jìn)入ANSYS Workbench 19.2界面。
（2）雙擊主界面Toolbox（工具箱）中的Analysis systems→Fluid Flow（Fluent）選項(xiàng)，即可在項(xiàng)目管理區(qū)創(chuàng)建分析項(xiàng)目A。
2 導(dǎo)入幾何體
（1）在A2欄的Geometry上單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇Import Geometry→Browse命令，此時(shí)會(huì)彈出“打開(kāi)”對(duì)話框。
（2）在彈出的“打開(kāi)”對(duì)話框中選擇文件路徑，導(dǎo)入幾何體文件。
3 劃分網(wǎng)格
（1）雙擊A3欄Mesh項(xiàng)，進(jìn)入Meshing界面，在該界面下進(jìn)行模型的網(wǎng)格劃分。
（2）依次右鍵選擇模型下邊界和上邊界，在彈出的如圖16-79所示的快捷菜單中選擇Create Named Selection，彈出如圖16-80所示的Selection Name對(duì)話框，輸入名稱inlet和outlet，單擊OK按鈕確認(rèn)。
（3）設(shè)置網(wǎng)格尺寸為0.01m。在Quality中，Smoothing選擇High。
（4）右鍵單擊模型樹(shù)中Mesh選項(xiàng)，選擇快捷菜單中的Generate Mesh選項(xiàng)，開(kāi)始生成網(wǎng)格。
（5）網(wǎng)格劃分完成以后，單擊模型樹(shù)中Mesh項(xiàng)可以在圖形窗口中查看網(wǎng)格。
（6）執(zhí)行主菜單File→Close Meshing命令，退出網(wǎng)格劃分界面，返回到Workbench主界面。
展開(kāi) 1 引言
顆粒流模擬廣泛應(yīng)用于固體動(dòng)力學(xué)，流體動(dòng)力學(xué)，熱動(dòng)力學(xué)，電磁動(dòng)力學(xué)等領(lǐng)域。總的來(lái)說(shuō)，有兩大類模擬途徑，一類途徑是基于光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)(Smoothed Particle Hydrodynamics，簡(jiǎn)稱SPH), 例如計(jì)算軟件Abaqus; 另一類途徑是基于離散元(Discrete Element Method, 簡(jiǎn)稱DEM)原理，這種途徑在巖土工程領(lǐng)域最典型的軟件是Itasca的PFC。除此之外，在機(jī)械應(yīng)用領(lǐng)域使用離散元原理開(kāi)發(fā)的軟件有EDEM(Altair EDEM Professional 2021.2.0)和Rocky DEM(ESSS Rocky Version 4.5.2,1.17G)。
這個(gè)筆記是對(duì)【基于離散元原理的顆粒流模擬軟件Rocky 4.5.2】一文的更新與補(bǔ)充。Rocky初始是由Granular Dynamics International, LLC和Engineering Simulation and Scientific Software Company(ESSS)共同開(kāi)發(fā)的基于離散元原理的軟件，用來(lái)解決顆粒流的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。盡管現(xiàn)在Rocky是ANSYS的一部分，但仍然可以獨(dú)立安裝，不過(guò)版本號(hào)已經(jīng)與ANSYS銜接在一起，最新版本為21.2.2 (11/16/2021)。
2 集成性能
現(xiàn)在Rocky與Ansys Fluent和Motion可以進(jìn)行完全耦合，這種集成性能主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
(1) Rocky與Fluent耦合模擬流體顆粒相互作用，允許在Fluent中使用更大的時(shí)步，從而可以在不犧牲精度的情況下加快計(jì)算速度。
(2) 求解器Solver功能擴(kuò)展了傳熱、破碎、幾何磨損等自定義模型的支持范圍，用戶可以自己自定義切向力或沖擊能量模型。
展開(kāi) 當(dāng)你設(shè)置好DPM模型的初始條件后，你需要指定顆粒的類型。依據(jù)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(kāi)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(wú)質(zhì)量顆粒），一種離散元素，在連續(xù)流體中跟隨流動(dòng)。由于它沒(méi)有質(zhì)量，所以它和物理屬性沒(méi)有關(guān)聯(lián)，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(xù)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(fā)與沸騰。
可選性：只有傳熱選項(xiàng)被激活并且至少兩種化學(xué)組份在計(jì)算中是被激活的，或者已經(jīng)選擇了非預(yù)混燃燒或部分預(yù)混燃燒模型，液滴類型才是可選的。當(dāng)選擇了液滴類型之后，用戶應(yīng)該使用理想氣體定律來(lái)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(guò)由定律1 所確定的加熱冷卻過(guò)程、由定律4 所確定的揮發(fā)份析出過(guò)程以及由定律5 所確定的異相表面反應(yīng)機(jī)制。
展開(kāi) 顆粒流仿真是通過(guò)數(shù)值模擬手段模擬由大量固體顆粒構(gòu)成的系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為，能夠詳盡刻畫顆粒間的碰撞、擴(kuò)散、堆積、破碎、混合等微觀交互，以及與流體介質(zhì)的相互作用，從而預(yù)測(cè)顆粒流在各種工況下的宏觀表現(xiàn)。顆粒流仿真能夠揭示隱藏的風(fēng)險(xiǎn)因素，為產(chǎn)品研發(fā)、故障診斷、性能優(yōu)化提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)支撐。
能源與動(dòng)力工程：應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)吸入物模擬與燃燒室顆粒物行為分析。
環(huán)境保護(hù)與災(zāi)害預(yù)防：涉及大氣污染擴(kuò)散模擬與地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警。
化工與材料工程：涵蓋反應(yīng)器內(nèi)顆粒流動(dòng)與混合優(yōu)化以及顆粒填充與成型過(guò)程控制。
農(nóng)業(yè)與食品工程：應(yīng)用于種子播撒與肥料施用技術(shù)優(yōu)化以及糧食干燥與儲(chǔ)存過(guò)程管理。
顆粒流模擬仿真模塊
ParticlePro為積鼎科技自主研發(fā)的顆粒流模擬模塊，該模塊是基于拉格朗日粒子追蹤方法，專為解決復(fù)雜顆粒流動(dòng)現(xiàn)象而設(shè)計(jì)，可用于發(fā)動(dòng)機(jī)吸雨吸雹、發(fā)動(dòng)機(jī)葉片顆粒流、微小粒子撞擊損傷等應(yīng)用場(chǎng)景的仿真分析。
拉格朗日粒子追蹤
支持顆粒間的直接碰撞模型，考慮顆粒間的彈性碰撞、摩擦力等相互作用，以模擬顆粒群的集體行為。
耦合流場(chǎng)模型
集成了Langevin湍流擴(kuò)散模型，用于描述顆粒在湍流背景下的隨機(jī)擴(kuò)散行為，考慮了顆粒與流體微團(tuán)之間的相對(duì)速度差異及湍流脈動(dòng)對(duì)顆粒擴(kuò)散的影響；稀相模型和密相模型的靈活切換，適應(yīng)不同顆粒濃度條件下的模擬需求。
先進(jìn)顆粒特性處理
顆粒旋轉(zhuǎn)模型，考慮顆粒在流場(chǎng)中因受力不平衡導(dǎo)致的自轉(zhuǎn)；馬格納斯升力模型，模擬顆粒在流場(chǎng)中由于形狀、旋轉(zhuǎn)和流體黏性引起的額外升力效應(yīng)。
惰性傳熱處理
能夠模擬顆粒作為惰性物質(zhì)在流場(chǎng)中傳遞熱量的過(guò)程，有助于分析顆粒溫度變化對(duì)流動(dòng)行為、顆粒沉積、熱交換設(shè)備性能等方面的影響。
展開(kāi) 本案例利用Fluent中的DEM模型，對(duì)管道運(yùn)輸進(jìn)行流體仿真，主要是對(duì)管路顆粒運(yùn)輸過(guò)程進(jìn)行診斷，防止出現(xiàn)顆粒陷入死循環(huán)，導(dǎo)入管路阻塞和浪費(fèi)。因此進(jìn)行相關(guān)的管路氣力運(yùn)輸可以按照本文的相關(guān)設(shè)置進(jìn)行仿真計(jì)算。
1 workbench 設(shè)置
本案例具體設(shè)置如下圖 ：
2 SCDM 設(shè)置
2.1 導(dǎo)入幾何
本案例的管道模型十分簡(jiǎn)單，為幾段簡(jiǎn)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(shè)置
3.1 網(wǎng)格設(shè)置
采用 Fluent meshing 進(jìn)行網(wǎng)格劃分，采用四面體網(wǎng)格劃分，并劃分相對(duì)應(yīng)的邊界層網(wǎng)格。具體的網(wǎng)格劃分如下圖所示：
4 FLUENT 設(shè)置
4.1 General設(shè)置與網(wǎng)格導(dǎo)入
首先導(dǎo)入網(wǎng)格，然后勾選為瞬態(tài)計(jì)算，并選擇壓力基求解器。打開(kāi)重力選項(xiàng)，由于本案例是以y軸負(fù)向作為重力方向，因此需要再y出設(shè)置為-9.81m/s。
展開(kāi) 
Fluent顆粒模擬的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
Fluent顆粒模擬的最新內(nèi)容
使用 Fluent 軟件以二維方式模擬單個(gè) 3 毫米氣泡在水中上升的過(guò)程。包含 Fluent 案例文件。
基于FLUENT的圓柱繞流數(shù)值模擬6個(gè)月前
關(guān)鍵詞：FLUENT，圓柱繞流，結(jié)構(gòu)優(yōu)化，計(jì)算流體力學(xué)，流場(chǎng)特性
利用FLUENT軟件對(duì)圓柱繞流過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬。通過(guò)數(shù)值模擬手段探討圓柱繞流過(guò)程中流體的速度、壓力、湍動(dòng)能分布，以研究其流場(chǎng)特性。主要評(píng)價(jià)指標(biāo)為速度分布和湍動(dòng)能分布。以某一確定結(jié)構(gòu)參數(shù)和操作參數(shù)的圓柱繞流為例進(jìn)行以下數(shù)值模擬流程介紹。通過(guò)精細(xì)的網(wǎng)格劃分和仿真設(shè)置，模擬了圓柱繞流過(guò)程的流場(chǎng)特性，以云圖方式顯示了其流場(chǎng)的速度分布和壓力分布
一、最密堆積問(wèn)題的起源和發(fā)展
堆積問(wèn)題在生活中隨處可見(jiàn)，人們?cè)噲D尋找可以在最小空間內(nèi)堆放更多物品的方式，因而最密堆積問(wèn)題在很早之前就引起了數(shù)學(xué)家和物理學(xué)家的思考。
早在1611年，著名的天體物理學(xué)家開(kāi)普勒關(guān)于球體最密堆積方式的猜想就已被提出。按照開(kāi)普勒猜想，對(duì)于大小相等球體，在所有堆積方式中“面心立方最密堆積”和“六方最密堆積”是最密集的堆積方式，二維空間堆積密度為
但這樣的結(jié)果在當(dāng)時(shí)并沒(méi)有詳細(xì)的證明以說(shuō)明其正確性
Fluent實(shí)用案例 | DEM顆粒瞬態(tài)仿真8個(gè)月前
本案例利用Fluent中的DEM模型，對(duì)管道運(yùn)輸進(jìn)行流體仿真，主要是對(duì)管路顆粒運(yùn)輸過(guò)程進(jìn)行診斷，防止出現(xiàn)顆粒陷入死循環(huán)，導(dǎo)入管路阻塞和浪費(fèi)。因此進(jìn)行相關(guān)的管路氣力運(yùn)輸可以按照本文的相關(guān)設(shè)置進(jìn)行仿真計(jì)算。
1 workbench 設(shè)置
本案例具體設(shè)置如下圖 ：
2 SCDM 設(shè)置
2.1 導(dǎo)入幾何
本案例的管道模型十分簡(jiǎn)單，為幾段簡(jiǎn)易管路組成 。具體的幾何模型與邊界條件如下所示
本案例為鈉基干法脫硫+布袋除塵器工藝，袋除塵器前設(shè)置SDS反應(yīng)器，反應(yīng)器采用內(nèi)外套筒式，以增加煙氣及小蘇打在管道中的混合時(shí)間；靜態(tài)混合器分螺旋葉片式：在煙道內(nèi)安裝固定螺旋葉片，強(qiáng)制煙氣產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，延長(zhǎng)停留時(shí)間（可增加0.5~2秒），適用于中小流速（8~15m/s）。優(yōu)化參數(shù)一般為：葉片傾角（30°~60°）、葉片數(shù)量（3~6片）、重疊率（20%~40%）。擋板式：交錯(cuò)布置的垂直擋板形成湍流區(qū)
1、 模型簡(jiǎn)介及計(jì)算參數(shù)
本次模擬對(duì)象為微硅粉沉降室，微硅粉粒子的沉降效率，進(jìn)口管道和沉降室內(nèi)冷氣及冷卻水液滴的混合分布狀態(tài)，三維模型見(jiàn)圖1。
沉降室設(shè)計(jì)要點(diǎn)：（1）沉降室尺寸長(zhǎng)度（L）與高度（H）：
u: 氣流水平速度（通常0.3~1 m/s，防湍流）。確保顆粒在沉降室內(nèi)有足夠時(shí)間沉降：
(2) 氣流分布進(jìn)口設(shè)計(jì)：采用漸擴(kuò)管（擴(kuò)張角≤15
模擬對(duì)象為鋁水反應(yīng)器，其為一個(gè)圓柱形容器，為加快計(jì)算速度，本模擬選擇二維模型進(jìn)行計(jì)算。使用fluent中的VOF模型、Species組分運(yùn)輸模型進(jìn)行鋁水化學(xué)反應(yīng)的設(shè)置，監(jiān)測(cè)溫度場(chǎng)變化。提供完整源文件和完整錄制教學(xué)視頻指導(dǎo)，可直接出圖，也可根據(jù)錄屏教程進(jìn)行復(fù)現(xiàn)。
1、 建立模型
建立4m*3m*0.1m的聚氨酯傳熱模型如下：
三維模型
其中：
1、模型整體寬4m，高3m，厚0.47m，其中聚氨酯厚0.1m，煤/封閉墻厚度為4m；
2、聚氨酯內(nèi)部溫度測(cè)點(diǎn)位于聚氨酯形心，外表面溫度測(cè)點(diǎn)位于外側(cè)面中心；
3、煤/封閉墻的溫度測(cè)點(diǎn)位于聚氨酯接觸面中心向己側(cè)0.05m；
4、煤與聚氨酯接觸處增加溫度測(cè)點(diǎn)。
2、 網(wǎng)格劃分
機(jī)的最大速度超過(guò)音速的兩倍（2.04 馬赫），飛機(jī)可以飛到 60,000 英尺（超過(guò) 11 英里的高度）的高度，并且可以最多可搭載 100 名乘客。它涂有特殊的白色，以適應(yīng)溫度變化并散發(fā)超音速飛行產(chǎn)生的熱量。這項(xiàng)工作展示了使用 ANSYS Fluent 執(zhí)行飛機(jī) CFD 仿真。 Fluent 模擬結(jié)果文件也可供下載。
使用 Fluent 進(jìn)行離心泵的穩(wěn)態(tài)模擬。附上了該模擬的 Fluent 案例文件。
