1 引言

DEM碰撞模型扩展了DPM模型的功能,能够用于稠密颗粒流动的模拟。该模型可以与DDPM(Dense DPM)模型何用以模拟颗粒对主相的阻碍作用,因此可以用于鼓泡流化床、提升管、气力输送系统以及泥浆流动。特别对于以下情况,DEM模型特别有用:

• 当颗粒粒径分布很广时
• 当计算网格相对粗糙时

本案例演示DDPM模型的使用,其中颗粒碰撞通过DEM模型来考虑。

2 问题描述

本例中,我们将会模拟模拟一个鼓泡流化床,并且决定其在给定表观速度情况下的工作行为。矩形床的尺寸为0.2m0.2m0.4m,初始情况下预装了部分颗粒,表观速度0.5m/s,检测穿过床层的压力降,示意图如下图所示。

对于经典的流化曲线,若流化床入口的表观速度较小,则流化床不会硫化,其行为类似填充床,当速度增加时,流化床开始流化。

一种理解该现象的经典方法即为流化曲线,此时入口能够驱动流体的压力需求是表观速度的函数。当处于填充床工况时,压力与表观速度的增加成正比,然而,当初期流化条件达到后,压力始终保持某一恒定值(时间平均)。至中处于流化条件的稳定压力足够维持流化床的浮重力。换句话说:

在本例中,我们将对给定表观速度下的流化床流化过程进行仿真模拟。

3 准备

• 文件准备:拷贝bed.msh、92Kparcels.inj及view-0.vw文件到工作目录
• 以3D模式、Double Precision开启FLUENT
  

4 FLUENT前处理

• Step 1:Mesh

  • 利用菜单File | Read | Mesh…读入网格文件bed.msh

• Step 2:General

  • 点击右侧面板中的Check按钮,检查导入的网格,确保没有负体积的存在
  • 激活Transient选项采用瞬态计算
    

• Step 3:Models

  • 设置DDPM模型,按如下图所示进行设置
    

• Step 4:DPM模型设置

  • 鼠标点击模型树节点Models,双击右侧models列表中的Discrete Phase
    弹出如下图所示对话框,按图进行设置。
    
• 切换至Physical Models标签页,激活DEM Collision选项,如下图所示。
  
• 点击Discrete Phase Model对话框下方的Injections…按钮
  
  点击Create按钮,弹出set Injection Properties对话框。
  • 选择Injection Type为file
  • 选择Discrete Phase Domain为Phase-2
  • 选择DEM Collision Partner为dem-anthracite
  • 设置Stop Time为1e-8
  • 点击File…按钮,在打开的文件选择对话框中选择文件92Kparcels.inj
  • 切换至Physical Models标签页,设置Drag Law为Wen-Yu
  • 点击OK按钮关闭对话框

返回至Discrete Phase Model对话框。

• 点击Discrete Phase Model对话框下方的DEM Collisions…按钮,弹出如下图所示对话框

  • 选择dem-anthracite,点击set…按钮。
    
  • 选择Collision Pairs列表项中的dem-anthracite-dem-aluminum,按下图所示进行设置
    
  • 选择列表项中的dem-athracite - dem-anthracite,按下图所示设置。
    
    点击OK按钮退出对话框。

• Step 5:设置操作压力
  点击模型树节点Cell Zone Conditions,在右侧面板中点击按钮Operating Conditions..,如下图所示。
  

• Step 6:边界条件设置
  选择模型树节点Boundary Conditions。

  • 在右侧参数面板中,鼠标选择Zone列表框中选项inlet,确保Phase下拉框选择项为mixture,点击Edit…按钮弹出参数设置对话框,切换至DPM标签页,进行如下图所示设置。
    
    关闭OK按钮关闭对话框,返回至边界条件设置面板。
  • 依然选择inlet,设置Phase下拉框内容为phase-1,点击Edit…按钮弹出参数设置对话框。设置Velocity Magnitude为0.5。点击OK按钮关闭对话框。
    
  • 设置outlet边界,采用类似的方法,设置Mixture类型,进行如下图所示设置。
    

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

• Step 8:Monitors

  • 点击模型树节点Monitors,在右侧面板中点击Surface Monitors下方的Create按钮,在弹出的对话框中按如图所示进行设置,点击OK按钮关闭对话框。
    

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

• Step 10:Run Calculation
  分三步进行计算:

  1.使用单一时间步将颗粒注入到计算域中
  2.计算两秒
  3.再计算两秒

  • 设置Time Step Size为0.001
  • 设置Number of Time Steps为1
  • 设置Report Interval为5
  • 点击Calculate