Fluent顆粒模擬的案例
FLUENT管道內(nèi)固體顆粒模擬
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”對(duì)話框。
（2）在彈出的“打開”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）右鍵單擊模型樹中Mesh選項(xiàng)，選擇快捷菜單中的Generate Mesh選項(xiàng)，開始生成網(wǎng)格。
（5）網(wǎng)格劃分完成以后，單擊模型樹中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 Update---基于離散元原理的顆粒流模擬軟件Rocky 2021.R2.2
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 CFDPro顆粒流仿真 | 基于拉格朗日粒子追蹤方法，模擬復(fù)雜顆粒的流動(dòng)現(xiàn)象
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 Fluent的DPM模型中5種顆粒類型，你懂選擇嗎 附FLUENT-DPM下載
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 
Fluent實(shí)用案例 | DEM顆粒瞬態(tài)仿真
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 基于Ansys Fluent 的顆粒分離/過(guò)濾解決方案
過(guò)濾是指通過(guò)特殊裝置將顆粒移除，將流體提純凈化的過(guò)程。過(guò)濾的方式很多，應(yīng)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(guò)Fluent軟件實(shí)現(xiàn)在設(shè)備工作場(chǎng)景中的顆粒分離/過(guò)濾。
目錄
1. Eulerian method（瞬態(tài)方法）
2. DPM
3. DDPM
1. Eulerian method（瞬態(tài)方法）
此方法適用于高負(fù)載(顆粒體積含率較高)的情況。
? 固定速度:多孔介質(zhì)中第二相(次要相)顆粒速度設(shè)置為0
? 多孔介質(zhì)/膜外面的顆粒將會(huì)堆積
? 堆積的顆粒造成的壓降通過(guò)顆粒與流體之間的曳力描述
假設(shè)所有的顆粒都被捕捉，將多孔介質(zhì)中的顆粒速度約束為0，從而阻止顆粒通過(guò)多孔介質(zhì)。
2.DPM
方法:一系列的穩(wěn)態(tài)仿真結(jié)果(也可應(yīng)用于非穩(wěn)態(tài)計(jì)算)
(1) 通過(guò)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(jù)沉積量調(diào)整阻力；
假設(shè)在膜兩側(cè)施加定常壓力，每次釋放的顆粒，都將沉積到過(guò)濾層。注意:沉積發(fā)生在尖端和凹槽處。
隨著沉積物的積累，流量將會(huì)將會(huì)輕微的發(fā)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(guò)濾膜上的相關(guān)UDFs
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展開 使用ANSYS Fluent的DEM模型(離散單元法)演示轉(zhuǎn)鼓中的顆粒混合
目錄與軟件介紹
幾何與網(wǎng)格化
Fluent設(shè)置
動(dòng)畫
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基于ANSYS Fluent軟件的顆粒表面反應(yīng)專題應(yīng)用培訓(xùn)
課程名稱：基于ANSYS Fluent軟件的顆粒表面反應(yīng)專題應(yīng)用培訓(xùn)
預(yù)排開課日期：4/11-4/12
課程難度：高階級(jí)
培訓(xùn)費(fèi)：5000
備注：實(shí)際開課日期或因?qū)W員報(bào)名情況進(jìn)行調(diào)整，最終日期請(qǐng)以笛佼科技官方確認(rèn)為準(zhǔn)。
掃碼報(bào)名
學(xué)員能力提升目標(biāo)
· 了解ANSYS化熱反應(yīng)/燃燒相關(guān)解決方案
· 熟悉ANSYS Fluent顆粒表面反應(yīng)的類型及應(yīng)用場(chǎng)景
· 掌握ANSYS Fluent顆粒表面反應(yīng)速率的常用定義方式：標(biāo)準(zhǔn)界面/UDFs
· 掌握ANSYS Fluent顆粒表面反應(yīng)的常用分析流程
· 熟悉顆粒表面反應(yīng)的常見案例
授課內(nèi)容提綱
一、化學(xué)反應(yīng)模擬概述及ANSYS化學(xué)反應(yīng)解決方案介紹
二、ANSYS Fluent顆粒表面反應(yīng)類型及設(shè)置簡(jiǎn)介
三、ANSYS Fluent顆粒表面反應(yīng)速率UDFs定義介紹
四、ANSYS Fluent顆粒表面反應(yīng)案例分享
4.1、金屬顆粒表面反應(yīng)應(yīng)用案例分享
4.2、碳酸鈣顆粒分解反應(yīng)應(yīng)用案例分享（基于缺省表面反應(yīng)速率定義方式）
4.3、碳酸鈣顆粒分解反應(yīng)應(yīng)用案例分享（基于UDFs方式定義表面反應(yīng)速率）
4.4、煤氣化應(yīng)用案例介紹(體積反應(yīng)/顆粒表面反應(yīng))
師資力量
CAE行業(yè)資深工程師團(tuán)隊(duì)，學(xué)歷碩博為主，均擁有多年客戶仿真項(xiàng)目實(shí)操經(jīng)驗(yàn)，理論素養(yǎng)與實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)雙保險(xiǎn)。
培訓(xùn)優(yōu)勢(shì)
采用線下小班精講形式，理論知識(shí)+案例講解+上機(jī)輔導(dǎo)，附贈(zèng)培訓(xùn)相關(guān)資料，可獲取講師微信課后交流。
上課地址
上海市楊浦區(qū)國(guó)安路432號(hào)保輝國(guó)際大廈D座802室
其他說(shuō)明
1. 培訓(xùn)計(jì)算機(jī)及相關(guān)軟件操作權(quán)限由笛佼科技現(xiàn)場(chǎng)提供；
2. 培訓(xùn)結(jié)束后將獲取笛佼科技官方培訓(xùn)證書；
3.
展開 OpenFOAM料斗顆粒模擬 ￥10
<p>模擬清空充滿顆粒的料斗。這是 OpenFOAM 測(cè)試用例的示例/教程。用于模擬的解算器是 icoUn CoupledKinematicParcelFoam。 icoUn CoupledKinematicParcelFoam 是一種瞬態(tài)求解器，用于單個(gè)運(yùn)動(dòng)粒子云的被動(dòng)傳輸。它使用預(yù)先計(jì)算的速度場(chǎng)來(lái)形成粒子云。</p><div contenteditable="false" width="100%">
<br>
</div><div contenteditable="false" width="100%">
<p class="normal-img" contenteditable="false" style="--tw-shadow: 0 0 #0000; --tw-ring-inset: var(--tw-empty,/*!*/ /*!
展開 激波作用下顆粒層動(dòng)態(tài)演化的雙流體模擬
隨著時(shí)間的演化，顆粒層寬度逐漸增大，固含率逐漸降低。這是因?yàn)楦咚贇怏w的夾帶作用使得固體顆粒層形成沿沖擊方向的運(yùn)動(dòng)、膨脹的趨勢(shì)。
(2)模擬與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比
圖3給出了顆粒床層兩側(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)處壓力隨時(shí)間的變化，圖中的黑色曲線為實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到的壓力信號(hào)。為了檢驗(yàn)計(jì)算網(wǎng)格對(duì)模擬結(jié)果定量準(zhǔn)確性的影響，數(shù)值模擬中考察了三個(gè)網(wǎng)格尺寸：2mm、4mm、8mm，在數(shù)據(jù)處理上將沖擊波前沿抵達(dá)顆粒層的時(shí)刻定義為t=0時(shí)刻。
圖3表明，模擬得到的壓力信號(hào)能夠在定量上與實(shí)驗(yàn)結(jié)果較好吻合。如圖3（a）所示，對(duì)于位于顆粒層左側(cè)的P1監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在沖擊波前沿抵達(dá)顆粒物料層表面后反彈至P1監(jiān)測(cè)點(diǎn)的時(shí)間間隔，實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果約為2.7ms，數(shù)值模擬得到的結(jié)果為2.5ms；P1監(jiān)測(cè)點(diǎn)處的壓力隨后急劇增大至一極大值，實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果為6.5bar，模擬結(jié)果為6.8bar；P1監(jiān)測(cè)點(diǎn)處的壓力隨后逐漸降低，實(shí)驗(yàn)測(cè)得的壓力值呈現(xiàn)較明顯的波動(dòng)，數(shù)值模擬中因?yàn)閷?em>顆粒床層做了擬流體處理，得到的壓力信號(hào)非常平緩，但壓力值整體上都處于實(shí)驗(yàn)測(cè)得壓力數(shù)據(jù)的波動(dòng)范圍內(nèi)，參見網(wǎng)格尺寸為2mm和4mm的模擬結(jié)果。
圖3（b）對(duì)比了P2處壓力信號(hào)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和數(shù)值模擬結(jié)果。
展開 懸浮顆粒兩相流模擬 ￥500
<p>本案例基于COMSOL軟件模擬了不同密度大小的懸浮顆粒在混合溶液中的流動(dòng)沉積情況，模擬結(jié)果如圖所示：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/202203/imgs/b699ae180a0943238523c7268d430935.gif" alt="Untitled.gif"></p><p class="ql-align-center"><strong>密度較大顆粒的沉積情況</strong></p><p><br></p><p><img src="https://img.jishulink.com/202203/imgs/85a95a81e397408fb3e8b3f4d11ad778.gif" alt="Untitled2.gif"></p><p class="ql-align-center"><strong>密度較小顆粒懸浮混合情況</strong></p><p>感興趣的朋友可下載模型源文件，歡迎交流</p><p><br></p>
展開 
顆粒運(yùn)動(dòng)射流模擬 ￥20
DPM cas 和 injection 射流的cas 以及網(wǎng)格
兩個(gè)磁性顆粒相互靠近時(shí)的連接橋形成分布模擬 ￥1200
黑色區(qū)域?yàn)樗难趸F磁性顆粒，紅色區(qū)域?yàn)橛退岷途垡叶蓟旌先芤海诖艌?chǎng)作用下，兩個(gè)磁性顆粒相互靠近，并且兩個(gè)磁場(chǎng)顆粒外部的混合溶液受到磁場(chǎng)顆粒的作用，從而產(chǎn)生交織混合，形成連接橋。仿真結(jié)果如圖所示：
感興趣的朋友，歡迎合作交流！
COMSOL顆粒夾雜多孔介質(zhì)多相材料達(dá)西滲流模擬
這里采用兩項(xiàng)材料通過(guò)COMSOL達(dá)西定律模塊對(duì)滲流進(jìn)行模擬。
模型采用CAD隨機(jī)球體顆粒&過(guò)渡區(qū)插件建立后導(dǎo)入到COMSOL軟件內(nèi)。
模型包括滲流發(fā)生的外側(cè)基體、內(nèi)部顆粒、顆粒及基體過(guò)渡區(qū)（ITZ）三部分組成，由于內(nèi)部顆粒的滲透系數(shù)遠(yuǎn)小于基體，因此可將其省略，邊界置為無(wú)流動(dòng)。設(shè)置過(guò)渡區(qū)的目的是在實(shí)際情況中，土體及內(nèi)部碎石顆粒間往往會(huì)有孔隙，這就造成了接觸面的實(shí)際滲透率遠(yuǎn)高于土體，模型剖切面如下。
模型設(shè)置左右兩側(cè)的水頭差，最終壓力及流速模擬結(jié)果如下。
利用PFC3D模擬顆粒攪拌運(yùn)動(dòng) ￥35
顆粒物質(zhì)被視為傳統(tǒng)固體、液體和氣體之外的第四態(tài)物質(zhì), 激起高度關(guān)注和大量研究. 其中顆粒物料的堆積、堵塞、密集流動(dòng)、混合分離等是備受關(guān)注的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題。顆粒物質(zhì)混合是工業(yè)生產(chǎn)中常見的過(guò)程, 廣泛地應(yīng)用在制藥、化工、能源等領(lǐng)域。
本算例采用離散單元法的數(shù)值模擬手段。對(duì)方形罐體內(nèi)同屬性的分區(qū)顆粒混合過(guò)程進(jìn)行模擬研究。可以利用本算例分析仿真系統(tǒng)內(nèi)單顆粒運(yùn)動(dòng)、顆粒群宏觀矢量運(yùn)動(dòng)規(guī)律與特征、攪拌設(shè)備所受荷載等參量。
方形罐體和攪拌葉片如下圖所示（為減小計(jì)算成本，對(duì)攪拌葉片進(jìn)行了簡(jiǎn)化）,算例比較簡(jiǎn)單，讀者可以在其基礎(chǔ)上增加模型復(fù)雜性。
模型的建模過(guò)程如下：
首先在罐體內(nèi)生成球顆粒，并在自重作用下平衡。顆粒之間采用赫茲接觸模型。
生成攪拌葉片，并刪除與葉片相交的球顆粒。為增加顯示效果，將顆粒劃分成了四組。
為葉片指定旋轉(zhuǎn)的角速度。攪拌過(guò)程如下所示。
攪拌過(guò)程中葉片所受力矩如下所示：
模型全部完整代碼如下：
展開 