1 引言

DEM碰撞模型擴展了DPM模型的功能,能夠用于稠密顆粒流動的模擬。該模型可以與DDPM(Dense DPM)模型何用以模擬顆粒對主相的阻礙作用,因此可以用于鼓泡流化床、提升管、氣力輸送系統以及泥漿流動。特別對于以下情況,DEM模型特別有用:

• 當顆粒粒徑分布很廣時
• 當計算網格相對粗糙時

本案例演示DDPM模型的使用,其中顆粒碰撞通過DEM模型來考慮。

2 問題描述

本例中,我們將會模擬模擬一個鼓泡流化床,并且決定其在給定表觀速度情況下的工作行為。矩形床的尺寸為0.2m0.2m0.4m,初始情況下預裝了部分顆粒,表觀速度0.5m/s,檢測穿過床層的壓力降,示意圖如下圖所示。

對于經典的流化曲線,若流化床入口的表觀速度較小,則流化床不會硫化,其行為類似填充床,當速度增加時,流化床開始流化。

一種理解該現象的經典方法即為流化曲線,此時入口能夠驅動流體的壓力需求是表觀速度的函數。當處于填充床工況時,壓力與表觀速度的增加成正比,然而,當初期流化條件達到后,壓力始終保持某一恒定值(時間平均)。至中處于流化條件的穩定壓力足夠維持流化床的浮重力。換句話說:

在本例中,我們將對給定表觀速度下的流化床流化過程進行仿真模擬。

3 準備

• 文件準備:拷貝bed.msh、92Kparcels.inj及view-0.vw文件到工作目錄
• 以3D模式、Double Precision開啟FLUENT
  

4 FLUENT前處理

• Step 1:Mesh

  • 利用菜單File | Read | Mesh…讀入網格文件bed.msh

• Step 2:General

  • 點擊右側面板中的Check按鈕,檢查導入的網格,確保沒有負體積的存在
  • 激活Transient選項采用瞬態計算
    

• Step 3:Models

  • 設置DDPM模型,按如下圖所示進行設置
    

• Step 4:DPM模型設置

  • 鼠標點擊模型樹節點Models,雙擊右側models列表中的Discrete Phase
    彈出如下圖所示對話框,按圖進行設置。
    
• 切換至Physical Models標簽頁,激活DEM Collision選項,如下圖所示。
  
• 點擊Discrete Phase Model對話框下方的Injections…按鈕
  
  點擊Create按鈕,彈出set Injection Properties對話框。
  • 選擇Injection Type為file
  • 選擇Discrete Phase Domain為Phase-2
  • 選擇DEM Collision Partner為dem-anthracite
  • 設置Stop Time為1e-8
  • 點擊File…按鈕,在打開的文件選擇對話框中選擇文件92Kparcels.inj
  • 切換至Physical Models標簽頁,設置Drag Law為Wen-Yu
  • 點擊OK按鈕關閉對話框

返回至Discrete Phase Model對話框。

• 點擊Discrete Phase Model對話框下方的DEM Collisions…按鈕,彈出如下圖所示對話框

  • 選擇dem-anthracite,點擊set…按鈕。
    
  • 選擇Collision Pairs列表項中的dem-anthracite-dem-aluminum,按下圖所示進行設置
    
  • 選擇列表項中的dem-athracite - dem-anthracite,按下圖所示設置。
    
    點擊OK按鈕退出對話框。

• Step 5:設置操作壓力
  點擊模型樹節點Cell Zone Conditions,在右側面板中點擊按鈕Operating Conditions..,如下圖所示。
  

• Step 6:邊界條件設置
  選擇模型樹節點Boundary Conditions。

  • 在右側參數面板中,鼠標選擇Zone列表框中選項inlet,確保Phase下拉框選擇項為mixture,點擊Edit…按鈕彈出參數設置對話框,切換至DPM標簽頁,進行如下圖所示設置。
    
    關閉OK按鈕關閉對話框,返回至邊界條件設置面板。
  • 依然選擇inlet,設置Phase下拉框內容為phase-1,點擊Edit…按鈕彈出參數設置對話框。設置Velocity Magnitude為0.5。點擊OK按鈕關閉對話框。
    
  • 設置outlet邊界,采用類似的方法,設置Mixture類型,進行如下圖所示設置。
    

• Step 7:Solution Controls
  設置亞松弛因子:
  I. Pressure: 0.9
  II. Momentum: 0.2
  III. Volume Fraction: 1
  IV. Discrete Phase Sources: 1

• Step 8:Monitors

  • 點擊模型樹節點Monitors,在右側面板中點擊Surface Monitors下方的Create按鈕,在彈出的對話框中按如圖所示進行設置,點擊OK按鈕關閉對話框。
    

• Step 9:Solution Initialization
  直接初始化即可。

• Step 10:Run Calculation
  分三步進行計算:

  1.使用單一時間步將顆粒注入到計算域中
  2.計算兩秒
  3.再計算兩秒

  • 設置Time Step Size為0.001
  • 設置Number of Time Steps為1
  • 設置Report Interval為5
  • 點擊Calculate