FLUENT操作过程及参数选择(2)

首先定义材料为GRANULAR，即为颗粒，定义颗粒粒径。Packed bed为填充床，与实际不符合，故不选择。颗粒温度模型选择PHASE PROPERTY相属性。partical differential equation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SYAMLAL ET AL表达，和GIDASPOW ET AL表达，通过实验一对比后选择SYAMLAL ET AL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Lun et al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Dalla Valle[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，ds是第s固体相颗粒的直径。

液体-固体交换系数有如下形式

（20.4.34）

这里vr,s是与固体相相关的末端速度[73]：

（20.4.35） 其中

（20.4.36）

（20.4.37）

对?l?0.85，

对??0.85， （20.4.38） 当固体相的剪切应力根据Syamlal et al定义时[235]（方程20.4.52），这个模型是合适的。

（2）对Wen and Yu模型[262]，液体-固体交换系数有如下形式：

这里，

Re （20.4.39）

（20.4.40）

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Wen and Yu模型[262]和Ergun方程[62]的联合。 当?l?0.8时，液体-固体交换系数Ksl有如下形式：

（20.4.41）

这里

当?l?0.8时，

（20.4.42）

对密集的流化床，建议使用这个模型。

（20.4.43）

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) void DEFINE_CG_MOTION (UDFname,Dynamic_Thread * dt,real vel[ ], real omega[ ], real time,real dtime)。

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。Dynamic Zones中的dwall就是要控制的动边界,Motion UDF/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 FLUEN T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) void DEFINE_GEOM(char name,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, position [1]对应y 坐标, position [2]对应z坐标; FLUENT自动遍历所有的边界节点,因此适用于有规律的可以用函数描述的运动边界。 3) void DEFINE_ GRID_MOTION(name,d,dt,time,dtime)。

此函数接口也用于控制形体的边界运动。主要用于更加复杂的控制,用户需要自己利用 FLUENT提供的其他函数来遍历运动边界上的节点,并对其位置进行控制,因此 UDF编程比前面两种复杂得多。它甚至可以事先生成好边界数据,在计算中把数据读入,完成复杂形体控制。

将振动处理为做正弦运动，即编写UDF程序使进口做正弦运动。而通过上述三种动边界控制实现方法的比较，可以看出第一种void DEFINE_CG_MOTION方法更适合振动流化床的模拟，改变进口边界的运动速度，从而完成正弦运动。 9定义动网格。

在FLUENT中，动网格模型可以用来模拟由于流域边界运动引起流域形状随时间变化的流动情况。这种流动情况即可以使一种指定的运动（随时间变化）也可以使未确定的运动（随某变化的参数变化），即边界的运动要由前一步的计算结果决定。各个时间不的体网格的更新基于边界条件新的位置，有FLUENT自动完成。

动网格计算中网格的动态变化过程可以用三种模型进行计算，即弹簧近似光滑模型(spring-based smoothing)、动态分层模型（dynamic layering）和局部重划模型（local remeshing）。 弹簧近似光滑模型

在弹簧近似光滑模型中，网格的边被理想化为节点间相互连接的弹簧。移动前的网格间距相当于边界移动前由弹簧组成的系统处于平衡状态。在网格边界节点发生位移后，会产生与位移成比例的力，力量的大小根据胡克定律计算。边界节点位移形成的力虽然破坏了弹簧系统原有的平衡，但是在外力作用下，弹簧系统经过调整将达到新的平衡，也就是说由弹簧连接在一起的节点，将在新的位置上重新获得力的平衡。从网格划分的角度说，从边界节点的位移出发，采用虎克定律，经过迭代计算，最终可以得到使各节点上的合力等于零的、新的网格节点位置，这就是弹簧光顺法的核心思想。

原则上弹簧光顺模型可以用于任何一种网格体系，但是在非四面体网格区域（二维非三角形），最好在满足下列条件时使用弹簧光顺方法：

（1）移动为单方向。 （2）移动方向垂直于边界。

如果两个条件不满足，可能使网格畸变率增大。另外，在系统缺省设置中，只有四面体网格（三维）和三角形网格（二维）可以使用弹簧光顺法，如果想在其他网格类型中激活该模型，需要在dynamic-mesh-menu 下使用文字命令spring-on-all-shapes?，然后激活该选项即可。 动态层模型

对于棱柱型网格区域（六面体和或者楔形），可以应用动态层模型。动态层模型的中心思想是根据紧邻运动边界网格层高度的变化，添加或者减少动态层，即在边界发生运动时，如果紧邻边界的网格层高度增大到一定程度，就将其划分为两个网格层；如果网格层高度降低到一定程度，就将紧邻边界的两个网格层合并为一个层：

如果网格层j扩大，单元高度的变化有一临界值： H_min>(1+alpha_s)*h_0

式中h_min为单元的最小高度，h_0为理想单元高度，alpha_s为层的分割因子。在满足上述条件的情况下，就可以对网格单元进行分割，分割网格层可以用常值高度法或常值比例法。在使用常值高度法时，单元分割的结果是产生相同高度的网格。在采用常值比例法时，网格单元分割的结果是产生是比例为alpha_s的网格。

若对第j层进行压缩，压缩极限为： H_min

式中alpha_c为合并因子。在紧邻动边界的网格层高度满足这个条件时，则将这一层网格与外面一层网格相合并。 动网格模型的应用有如下限制：

（1）与运动边界相邻的网格必须为楔形或者六面体（二维四边形）网格。 （2）在滑动网格交界面以外的区域，网格必须被单面网格区域包围。 （3）如果网格周围区域中有双侧壁面区域，则必须首先将壁面和阴影区分割开，再用

滑动交界面将二者耦合起来。

（4）如果动态网格附近包含周期性区域，则只能用FLUENT 的串行版求解，但是如果周期性区域被设置为周期性非正则交界面，则可以用FLUENT 的并行版求解。

如果移动边界为内部边界，则边界两侧的网格都将作为动态层参与计算。如果在壁面上只有一部分是运动边界，其他部分保持静止，则只需在运动边界上应用动网格技术，但是动网格区与静止网格区之间应该用滑动网格交界面进行连接。 局部重划模型

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