Fluent-EDEM耦合計算顆粒流動

2017-01-18 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

雖然說Fluent提供了很多方法用于處理顆粒在流體中的運動行為,然而這些方法都有其各自的適用性。DPM適用于稀薄顆粒的情況,歐拉模型、Mixture模型及DDPM模型雖然可以考慮稠密顆粒相,但并不能考慮顆粒之間的相互作用。DEM模型可以考慮顆粒之間的相互作用,但是FLUENT中的DEM模型僅能模擬最簡單的顆粒之間相互作用(接觸力模型很少),如果要考慮復雜的顆粒間相互作用,則需要考慮更專業(yè)的DEM軟件。

EDEM是一款專業(yè)的DEM軟件,特別適用于解決顆粒流問題。(注:這不是廣告,因為適合解決顆粒流問題的DEM商用軟件并不多,比較出名的就那么幾款,如EDEM、PFC等,開源的DEM軟件適合顆粒流計算的軟件有LIGGGHTS)。DEM軟件主要用于兩個方向,一個專注于模擬如巖土之類的顆粒粘結(jié)固體,一類專注于顆粒流動。

本案例主要描述利用FLUENT與EDEM軟件耦合解決顆粒在流體中的運動軌跡計算。其中EDEM軟件負責顆粒的運行軌跡計算,FLUENT軟件負責計算流體流場。

1 案例描述

本案例考慮氣力分選問題。模型幾何如圖所示。

固體顆粒由上方進料口進入計算域,流體從左側(cè)入口進入。劃分計算網(wǎng)格如圖所示。

受計算資源限制,這里網(wǎng)格劃分得比較粗,如果是真實計算,網(wǎng)格要劃分得密一些。

2 Fluent設(shè)置

step 1:采用3D并行啟動Fluent
step 2:導入網(wǎng)格
step 3:采用瞬態(tài)計算,考慮重力加速度沿-y方向9.81 m/s2
step 4:采用realizable k-epsilon湍流模型
step 5:邊界條件inlet為velocity,設(shè)置速度為8m/s;outlet邊界為outflow,其他邊界采用默認設(shè)置
step 6:Solution Methods中設(shè)置pressure-velocity Coupling Scheme為PISO
保存cas文件。

3 EDEM設(shè)置

step 1:啟動EDEM2017,保存文件為ex.dem
step 2:鼠標右鍵選擇BulkMaterial,選擇Add Bulk Material
step 3:修改材料名稱為weight,設(shè)置密度為500 kg/m3
step 4:同樣的步驟創(chuàng)建另一材料light,修改其密度為120kg/m3
step 5:材料weight上點擊右鍵,選擇Add Particle
step 6:設(shè)置顆粒粒徑為2mm,并計算顆粒屬性,修改顆粒名稱為weightParticle
step 7:相同步驟在light上創(chuàng)建顆粒,粒徑為1mm,修改顆粒名稱為lightParticle
step 8:添加顆粒間相互作用。鼠標選中weight,選中下方面板中Interaction下的添加相互作用按鈕,添加weight-weight以及weight-light相間的相互作用,這里暫時采用默認參數(shù)
step 8:鼠標選中l(wèi)ight,相同的步驟添加light-light相互作用,參數(shù)暫時采用默認
step 9:添加壁面材料。右鍵選擇列表項Equipment Materials,選擇Add Eauipment Materials,材料參數(shù)采用默認參數(shù),修改材料名稱為steel
step 10:在steel材料上添加相互作用steel-light以及steel-weight,參數(shù)采用默認
step 11:右鍵選擇Geometries,選擇菜單Import Geometry…,在打開的文件選擇對話框中選擇前面創(chuàng)建的msh文件,導入計算域,修改名稱為domain。
step 12:創(chuàng)建幾何用于釋放顆粒。右鍵選擇Geometries,選擇菜單Add Geometry → Polygon

修改名稱為injector,并設(shè)置其Type為Virtual
step 13:修改Injector的Polygon屬性,如下圖所示
step 14:右鍵選擇injector,選擇彈出菜單Add Factor
step 15:選擇Factory Type為Unlimited Number,設(shè)置parameters下的material為weight,設(shè)置速度為y方向-0.5m/s;
step 16:同樣的步驟創(chuàng)建另外一個factory,只不過設(shè)置材料為light,速度仍然為y方向-0.5m/s
step 16:選擇Environment,設(shè)置重力加速度為y方向-9.81m/s2

保存工程文件。
step 17:進入Simulator功能,設(shè)置cell size為10R,其他參數(shù)保持默認。這里不需要設(shè)置total time,因為后面設(shè)置耦合后仿真計算總時間由Fluent決定。