FLUENT操作过程及全参数选择

实用标准文案精彩文档振动流化床仿真操作过程及参数选择1创建流化床模型。根据靳海波论文提供的试验机参数，创建流化床模型。流化床直148mm，高1m，开孔率9%，孔径2mm。在筛板上铺两层帆布保证气流均布。因为实验机为一个圆形的流化床，所以可简化为仅二维模型。而实际实验中流化高度远小于1m，甚至500mm，所以为提高计算时间，可将模型高度缩为500mm。由于筛板上铺设两层帆布以达到气流均分的目的，所以认为沿整个筛板的进口风速为均匀的。最终简化模型如下图所示：上图为流化后的流化床模型，可以看出流化床下端的网格相对上端较密，因为流化行为主要发生的流化床下端，为了加快计算时间，所以采用这种下密上疏的划分方式。其中进口设置为velocityinlet；出口设置为outflow；左右两边分为设置为wall。在GAMBIT中设置完毕后，输出二维模型vfb.msh。outflow边界条件不需要给定任何入口的物理条件，但是应用也会有限制，大致为以下四点：1.只能用于不可压缩流动实用标准文案精彩文档2.出口处流动充分发展3.不能与任何压力边界条件搭配使用（压力入口、压力出口）4.不能用于计算流量分配问题（比如有多个出口的问题）2打开FLUENT6.3.26，导入模型vfb.msh点击GRID—CHECK，检查网格信息及模型中设置的信息，核对是否正确，尤其查看是否出现负体积和负面积，如出现马上修改。核对完毕后，点击GRID-SCALE弹出SCALEGRID窗口，设置单位为mm，并点击changelengthunit按钮。具体设置如下：3设置求解器保持其他设置为默认，更改TIME为unsteady，因为实际流化的过程是随时间变化的。（1）pressurebased求解方法在求解不可压流体时，如果我们联立求解实用标准文案精彩文档从动量方程和连续性方程离散得到的代数方程组，可以直接得到各速度分量及相应的压力值，但是要占用大量的计算内存，这一方法已可以在Fluent6.3中实现，所需内存为分离算法的1.5-2倍。densitybased求解方法是针对可压流体设计的，因而更适合于可压流场的计算，以速度分量、密度（密度基）作为基本变量，压力则由状态方程求解。Pressure-BasedSolver它是基于压力法的求解器，使用的是压力修正算法，求解的控制方程是标量形式的，擅长求解不可压缩流动，对于可压流动也可以求解；Fluent6.3以前的版本求解器，只有SegregatedSolver和CoupledSolver，其实也就是Pressure-BasedSolver的两种处理方法；Density-BasedSolver是Fluent6.3新发展出来的，它是基于密度法的求解器，求解的控制方程是矢量形式的，主要离散格式有Roe，AUSM+，该方法的初衷是让Fluent具有比较好的求解可压缩流动能力，但目前格式没有添加任何限制器，因此还不太完善；它只有Coupled的算法；对于低速问题，他们是使用Preconditioning方法来处理，使之也能够计算低速问题。Density-BasedSolver下肯定是没有SIMPLEC，PISO这些选项的，因为这些都是压力修正算法，不会在这种类型的求解器中出现的；一般还是使用Pressure-BasedSolver解决问题。（2）再GRADIENTOPTION选项组中，指定通过哪种压力梯度来计算控制方程中的导数项。CELL-BASED(按单元中的压力梯度计算)和NODE-BASED（按节点的案例梯度计算）。Porousformulation选项组用于制定多孔介质速度的方法。（3）当选择UNSTEADY时，会出现UNSTEASDYFORMULATION选项组，让用户据顶时间相关项的计算公式及方法。对于巨大多数问题选一阶隐式就足够了。只有对精度有特别要求时才选二阶隐式。4设置多相流模型。设置为欧拉模型，相数设置为2即为两相流，具体设置如下：在Fluent中，共有三种欧拉-欧拉多相流模型，即VOF(VolumeOfFluid)模型、混合物(Mixture)模型和欧拉(Eulerian)模型。(1)VOF模型。VOF模型是一种在固定的欧拉网格下的表面跟踪方法。当需要得到一种或多种互不相融流体间的交界面时，可以采用这种模型。在VOF模型中，不同的流体组分共用着一套动量方程，计算时在整个流场的每个计算单元内，都记录下各流实用标准文案精彩文档体组分所占有的体积率。VOF模型的应用例子包括分层流、自由面流动、灌注、晃动、液体中大气泡的流动、水坝决堤时的水流以及求得任意液-气分界面的稳态或瞬时分界面。(2)混合物模型。混合物模型可用于两相流或多相流（流体或颗粒）。因为在欧拉模型中，各相被处理为互相贯通的连续体，混合物模型求解的是混合物的动量方程，并通过相对速度来描述离散相。混合物模型的应用包括低负载的粒子负载流、气泡流、沉降和旋风分离器。混合物模型也可用于没有离散相相对速度的均匀多相流。(3)Eulerian模型。Fluent中最复杂的多相流模型。它建立了一套包含有n个的动量方程和连续方程来求解每一相，压力项和各界面交换系数是耦合在一起的。耦合的方式则依赖于所含相的情况，颗粒流（流-固）的处理与非颗粒流（流-流）是不同的。欧拉模型的应用包括气泡柱、上浮、颗粒悬浮和流化床。根据振动流化床的实际情况，本论文采用欧拉模型进行模拟。5设置粘性模型。第一步，DEFINE-MODELS-VISCOUS，弹出VISCOUSMODEL对话框，选择K-EPSILO模型，点击确定。第二步，在操作窗口内键入下面的命令：define/models/viscous/turbulence-expert/low-re-k屏幕显示：/define/models/viscous/turbulence-expertlow-re-kEnablethelow-Rek-epsilonturbulencemodel?[no]输入y，在模型选择面板中我们就可以看见低雷模型low-re-kemodel了。默认使用第0种低雷诺数模型。第三步，Fluent中提供6种低雷诺数模型，使用low-re-ke-index命令设定一种。low-re-ke-index本仿真中默认使用第0种低雷诺数模型。标准k-epsilo模型使用与湍流发展非常充分的湍流流动建立的，它是一种针对高雷诺数的湍流计算模型，它比零方程模型和一方程模型有了很大的改进，但是在用于强旋流、弯曲壁面流动或弯曲流线流动时会产生失真。而相较标准模型，RNGk-ε模型修正了湍动粘度，考虑了平均流动的旋转及旋流流动情况，可以更好地处理高应变率及流线弯曲成都较大的流动，它还是针对充分发展的湍流，即还是高雷诺数模型。Realizablek-ε模型一般被应用在包含有射流和混合流的自由流动、管道内流动、边界层流动等。由于实际计算出的雷诺数较小，和上述三种湍流模型都不是很匹配。而在FLUENT提供了数种专家模型，他们针对标IndexModel0Abid1Lam-Bremhorst2Launder-Sharma3Yang-Shih4Abe-Kondoh-Nagano5Chang-Hsieh-Chen实用标准文案精彩文档准K-ε进行部分修正，使其能够适合低雷诺数使用，即为低雷诺数k-epsilo模型。6定义材料属性。DEFINE-MATERIALS，弹出材料对话框，点CREAT按钮，首先选择空气作为气相。然后点击FLUENTDATABASEMATERIALS按钮，在材料库中任意选择一种流体，点击COPY按钮。再将该材料的密度及名称改为所需材料的材料属性，设置如下，最后点击CHANGE。7定义相。DEFINE-PHASE。首先定义空气为主相，操作如下：接着设置次相为固相MILLET。点millet后点击SET按钮，弹出secondaryphase对话框，进下如下设置。实用标准文案精彩文档首先定义材料为GRANULAR，即为颗粒，定义颗粒粒径。Packedbed为填充床，与实际不符合，故不选择。颗粒温度模型选择PHASEPROPERTY相属性。particaldifferentialequation为偏微分方程。固体剪切粘度包括碰撞和动力部分，摩擦部分。其中动力部分提供两种表达，默认的是SYAMLALETAL表达，和GIDASPOWETAL表达，通过实验一对比后选择SYAMLALETAL表达式。固体体积粘度解释为颗粒压缩和扩张的抵抗力，对该项一般不存在争议，目前学术界普遍采用Lunetal的表达式。本论文的仿真忽略摩擦粘度。填充限制设置为0.6，即初始固相的体积分数最大为0.6。设置气固封闭关系：再PHASE对话框点击INTERACTION，设置气固相相互作用的曳力函数一般为WEN-YU,GIDASPOW,SYAMLAL-OBRIEN三种，实验一得出结论SYAMLAL-OBRIEN更符合实际。所以选择Syamlal-Obrien曳力函数模型。（1）Syamlal-O’Brien模型[234]（20.4.31）这里曳力函数采用由DallaValle[47]给出的形式：（20.4.32）这个模型是基于流化床或沉淀床颗粒的末端速度的测量，并使用了体积分数和相对雷诺数的函数关系式[193]：（20.4.33）这里下标l是第l液体相，s是第s固体相，sd是第s固体相颗粒的直径。实用标准文案精彩文档液体-固体交换系数有如下形式（20.4.34）这里srv,是与固体相相关的末端速度[73]：（20.4.35）其中（20.4.36）对85.0l，（20.4.37）对85.0，（20.4.38）当固体相的剪切应力根据Syamlaletal定义时[235]（方程20.4.52），这个模型是合适的。（2）对WenandYu模型[262]，液体-固体交换系数有如下形式：（20.4.39）这里，（20.4.40）Re数由方程20.4.33定义。这个模型适合于稀释系统。（3）Gidaspow模型[76]是WenandYu模型[262]和Ergun方程[62]的联合。当8.0l时，液体-固体交换系数slK有如下形式：（20.4.41）这里（20.4.42）当8.0l时，（20.4.43）对密集的流化床，建议使用这个模型。实用标准文案精彩文档由于本流化床内的粒子直径远大于粒子间的距离，这样对接近充满的颗粒包含升力是不合适，所以忽略升力的影响，在LIFT选项选择NONE。在恢复系数选项下保持默认的设置值0.9。由于第二相密度远大于第一相，所以可以忽略虚拟质量力。具体设置如下。8编译UDF程序。Define-user-defined-function-compiled,导入程序。1)voidDEFINE_CG_MOTION(UDFname,Dynamic_Thread*dt,realvel[],realomega[],realtime,realdtime)。此函数接口用于控制刚体的运动,用户把刚体质心运动速度和角速度分别赋值给vel和omega,FLUENT根据它们的值来自动计算出边界下一步的位置,从而实现实用标准文案精彩文档动边界的控制;刚体质心的位置可以在函数接口界面对话框中定义。DynamicZones中的dwall就是要控制的动边界,MotionUDF/Profile中的stc1sta010a0ph0就是UDFname,从中可看出它已被制定成用于控制dwall,理论上FLUENT可以通过这种方式实现无穷多个动边界的控制;C.G.Location用于设定初始位置的质心,C.G.Orientation用于设定刚体的初始角度。一般适用于刚体本身不变形的运动。2)voidDEFINE_GEOM(charname,Domain*d,Dynamic_Thread*dt,real*position)。此函数接口用于控制变形体的边界运动,position就是运动边界上某网格节点的位置值,用户可以通过对其赋值达到控制效果,position[0]对应边界节点的x坐标,positi