FLUENT操作过程及全参数选择

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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velocity inlet；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FLUENT 6.3.26，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SCALE GRID窗口，设置单位为mm，并点击change length unit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） pressure based 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。density

based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-Based Solver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；Fluent 6.3以前的版本求解器，只有Segregated Solver和Coupled Solver，其实也就是Pressure-Based Solver的两种处理方法；Density-Based Solver是Fluent 6.3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-Based Solver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-Based Solver解决问题。

（2） 再GRADIENT OPTION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）。Porous formulation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UNSTEASDY FORMULATION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(Volume Of Fluid)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VISCOUS MODEL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-expert> low-re-k

Enable the low-Re k-epsilon turbulence model? [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-ke model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，RNG k-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。Realizable k-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Index Model

0 Abid

1 Lam-Bremhorst

2 Launder-Sharma

3 Yang-Shih

4 Abe-Kondoh-Nagano

5 Chang-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FLUENT DATABASE MATERIALS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secondary

phase对话框，进下如下设置。 实用标准文案

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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，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：

（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。