Fluent-EDEM耦合计算颗粒流动

2017-01-18 by:CAE仿真在线来源:互联网

虽然说Fluent提供了很多方法用于处理颗粒在流体中的运动行为,然而这些方法都有其各自的适用性。DPM适用于稀薄颗粒的情况,欧拉模型、Mixture模型及DDPM模型虽然可以考虑稠密颗粒相,但并不能考虑颗粒之间的相互作用。DEM模型可以考虑颗粒之间的相互作用,但是FLUENT中的DEM模型仅能模拟最简单的颗粒之间相互作用(接触力模型很少),如果要考虑复杂的颗粒间相互作用,则需要考虑更专业的DEM软件。

EDEM是一款专业的DEM软件,特别适用于解决颗粒流问题。(注:这不是广告,因为适合解决颗粒流问题的DEM商用软件并不多,比较出名的就那么几款,如EDEM、PFC等,开源的DEM软件适合颗粒流计算的软件有LIGGGHTS)。DEM软件主要用于两个方向,一个专注于模拟如岩土之类的颗粒粘结固体,一类专注于颗粒流动。

本案例主要描述利用FLUENT与EDEM软件耦合解决颗粒在流体中的运动轨迹计算。其中EDEM软件负责颗粒的运行轨迹计算,FLUENT软件负责计算流体流场。

1 案例描述

本案例考虑气力分选问题。模型几何如图所示。

固体颗粒由上方进料口进入计算域,流体从左侧入口进入。划分计算网格如图所示。

受计算资源限制,这里网格划分得比较粗,如果是真实计算,网格要划分得密一些。

2 Fluent设置

step 1:采用3D并行启动Fluent
step 2:导入网格
step 3:采用瞬态计算,考虑重力加速度沿-y方向9.81 m/s2
step 4:采用realizable k-epsilon湍流模型
step 5:边界条件inlet为velocity,设置速度为8m/s;outlet边界为outflow,其他边界采用默认设置
step 6:Solution Methods中设置pressure-velocity Coupling Scheme为PISO
保存cas文件。

3 EDEM设置

step 1:启动EDEM2017,保存文件为ex.dem
step 2:鼠标右键选择BulkMaterial,选择Add Bulk Material
step 3:修改材料名称为weight,设置密度为500 kg/m3
step 4:同样的步骤创建另一材料light,修改其密度为120kg/m3
step 5:材料weight上点击右键,选择Add Particle
step 6:设置颗粒粒径为2mm,并计算颗粒属性,修改颗粒名称为weightParticle
step 7:相同步骤在light上创建颗粒,粒径为1mm,修改颗粒名称为lightParticle
step 8:添加颗粒间相互作用。鼠标选中weight,选中下方面板中Interaction下的添加相互作用按钮,添加weight-weight以及weight-light相间的相互作用,这里暂时采用默认参数
step 8:鼠标选中light,相同的步骤添加light-light相互作用,参数暂时采用默认
step 9:添加壁面材料。右键选择列表项Equipment Materials,选择Add Eauipment Materials,材料参数采用默认参数,修改材料名称为steel
step 10:在steel材料上添加相互作用steel-light以及steel-weight,参数采用默认
step 11:右键选择Geometries,选择菜单Import Geometry…,在打开的文件选择对话框中选择前面创建的msh文件,导入计算域,修改名称为domain。
step 12:创建几何用于释放颗粒。右键选择Geometries,选择菜单Add Geometry → Polygon

修改名称为injector,并设置其Type为Virtual
step 13:修改Injector的Polygon属性,如下图所示
step 14:右键选择injector,选择弹出菜单Add Factor
step 15:选择Factory Type为Unlimited Number,设置parameters下的material为weight,设置速度为y方向-0.5m/s;
step 16:同样的步骤创建另外一个factory,只不过设置材料为light,速度仍然为y方向-0.5m/s
step 16:选择Environment,设置重力加速度为y方向-9.81m/s2

保存工程文件。
step 17:进入Simulator功能,设置cell size为10R,其他参数保持默认。这里不需要设置total time,因为后面设置耦合后仿真计算总时间由Fluent决定。