cpfd barracuda 24.0 help 中文(第四章)

4． 全局设置

在图4.1所示的全局设置中，指定了适用于整个模型的参数。这些参数包括流量类型、重力矢量、热设置和模拟启动选项。

图4.1全局设置窗口

4.1。流动类型

流动类型的选择是在项目创建期间进行的，不能更改。流动类型记录在本节中以供文档使用。这里显示的信息与流动类型选择对话框中的信息相同。

液体压缩性参数

不可压缩流动    

在流动类型已设置为不可压缩的模拟中，此部分将显示并可用于编辑。

图4.2流动类型：不可压缩

可压缩液体状态方程虽然液体通常被认为是不可压缩的，但实际上它们确实具有一定程度的可压缩性。可压缩性的定义为：

其中V为体积，p为压力。可压缩性取决于温度和压力，但在正常情况下，可压缩性的变化很小。barracuda假定可压缩性恒定，液体密度因可压缩性变化很小。用于描述液体密度的状态方程为：

其中:

ρ=压力p下液体的密度（kg/m3）

ρ=参考密度，指定为液体的物质性质定义中的流体密度（kg/m3）

β=液体的压缩系数（1/Pa）

p=流体压力（Pa）

pref=对应于ρref的参考压力（Pa）

β=0时，液体是完全不可压缩的。要使用可压缩液体的状态方程，指定一个非零的β值。对于具有液体和固体颗粒的系统，合理小的β值可以增加模拟的稳定性。液体可压缩性的典型值为1e-11至1e-09 (1/Pa)（1/Pa）。较大的可压缩性值有助于提高数值稳定性。    

当使用液体压缩率时，建议将参考压力pref设置为等于系统中的初始条件压力。

4.2。重力设置

重力矢量的xyz分量必须为每个模型指定，因为这些值决定了模型中重力的大小。典型的做法是指定重力为-9.8 m2/s在z方向上的一个面向z的几何。

指定值此选项允许直接指定重力矢量的x、y和z分量。

绕长轴旋转由用户选择旋转的长轴，以及以rad/s为单位的旋转速度。这可以用来近似旋转几何形状，但没有对旋流、涡度或离心力进行建模。因此，建议仅在旋转速度足够慢以至于这些被忽略的力不重要的情况下使用此特征。

使用瞬态文件一个SFF文件，基于在模拟运行时使用交互的能力，总是被推荐使用，可以用来指定图4.3所示列中重力矢量的x、y和z分量。该文件将覆盖已在对话框中输入的任何指定值。有关创建和编辑SFF文件的更多信息，请参见使用SFF文件的表格输入。

图4.3时变重力编辑器

4.3。热设置
    

可以将模型设置为等温模型，其中假设温度始终恒定，或者将模型设置为热模型，其中除了粒子流体动力学外，还计算传热和能量平衡方程。

选择等温模型假设系统中所有流体和颗粒的温度都是恒定的，这样可以使模拟运行得更快，因为传热方程不需要求解。如果选择等温模型，用户必须在等温文本框中输入等温温度。在barracuda中，默认恒温为300k。

如果选择“热”，则barracuda将计算模型内由于初始粒子和流体温度、边界条件温度、热壁或化学反应而产生的温度梯度。如果选择了热模型，用户还必须在适当的区域指定：

§
所有基材的热性能

§
传热系数

§
模型中的初始流体温度

§
模型中的初始粒子温度

§
边界条件温度

4.3.1。对流

所有barracuda模拟与热启用将自动计算传热通过对流。传热系数对话框如图4.4所示，提供了指定对流流体对壁面传热模型和流体对颗粒传热模型的界面。虽然可以修改每个模型的广义形式，但默认值与文献相关性相匹配。有关墙体辐射传热的说明，请参阅热壁面边界Thermal Wall BCs。    

图4.4传热系数对话框

对流流体-壁面传热

局部流壁换热系数hfw是稀薄气相换热系数hl和致密颗粒相系数hd贡献的组合。流体-壁面传热系数由函数fd加权，fd是接触时间与致密颗粒相的分数。密相接触的时间分数fd是壁面颗粒体积分数θp和密包值分数θcp的函数。

(4.1)

贫相换热系数贫相换热系数的一般形式为

(4.2)    

式中， c0、c1、c2、n1、n2为可调模型参数，kf为流体导热系数，L为计算单元长度。雷诺数和普朗特数定义为

 (4.3)

式中，ρf为流体密度，Uf为流体速度，μf 为流体粘度，cp,f为流体热容。默认的贫相换热系数是基于Douglas和Churchill [Yan03] [p。267]。

密相传热系数密相传热系数的一般形式为

 (4.4)

其中，c0和n1为可调模型参数，kf为流体导热系数，dp为颗粒直径。粒子雷诺定义为

式中，ρf为流体密度，Uf为流体速度，μf为流体粘度。默认的密相传热系数值取自[Yan03] [p.262],

流体-颗粒传热

流体相和颗粒相之间的传热由流体到颗粒的传热系数来模拟。流体-颗粒传热系数的一般形式为

 (4.5)    

其中，c0、c1、c2、n1为可调模型参数，kf为流体导热系数，dp为颗粒直径。雷诺数和普朗特数定义为

式中，ρf为流体密度，Uf为流体速度，up为粒子速度，μf为流体粘度，cp,f为流体热容。

当雷诺数小于20时，流化床中的粒子努塞尔数Nup通常低于单个球体的努塞尔数。理论上，静止流体中的单个球体将具有Nup=2.0的值，Nup=2.0表示导热传热的极限。然而，在流化床中，鼓泡现象将导致观测到的Nup值低于2.0。低雷诺对应于细颗粒床（小dp和低Uf），其中气泡容易被夹带颗粒云化。这降低了颗粒-气体接触效率，低于理想塞流所代表的效率，导致Nup值降低。随着颗粒直径的增加（粗颗粒床），“气泡”相对无云，气粒接触得到改善。为了捕捉流化床中流体对颗粒的传热，Virtual Reactor基于McAdams在1954年[FZ98]提出的相关性，使用了流体对颗粒传热系数的相关性：

这种相关性与Turton和Levenspiel关于小颗粒流化床中颗粒-流体换热系数的实验数据一致[KL91]。

4.3.2。传导

当选择“使能颗粒到颗粒的热传导”时，将计算颗粒、液滴和/或气泡之间的热传导。气泡之间的热传导支持的方式与固体颗粒以及纯液滴和具有液体膜的固体颗粒相同。传导是根据体积分数，密度，比热，温度和有效导热系数的颗粒特性计算的。如果没有热壁，就不会有净热量通过传导从边界传递到系统。如果粒子温度分布存在任何空间差异，则粒子之间仍然存在热传导。计算结果如下式所示：    

其中:

θp为颗粒体积分数

ρp为粒子密度

Cp为粒子比热

Tp是粒子温度

Keff为粒子有效导热系数，限定在[0,1]范围内有效导热系数依赖于粒子体积分数的关系式如下，这是[SAB+13]中讨论的兰道尔关系的简化版：

其中:

Kp为颗粒材料导热系数的质量加权平均值

4.3.3。辐射

无

模拟过程中不选择辐射模型，也不求解辐射方程。

近壁面

近壁模型仅与热壁边界结合使用。它只考虑热壁与颗粒相之间的辐射，而不考虑颗粒之间、壁面之间或壁面与流体之间的辐射传热。热壁细胞与附近粒子之间的辐射q_wp计算为    

其中:

Aw为热壁面积，单位为m2m2

Tw为墙体温度，单位为KK

Fwp是一个计算的视图因子

σ为斯蒂芬-玻尔兹曼常数

εwp为胞壁与粒子之间的有效发射率

其中:

εw 为壁面的规定发射率

对于任何辐射模型，视点因子的计算都是非常昂贵的，因此为了保持计算的效率，barracuda近壁辐射模型只考虑热壁附近的细胞，并根据粒子体积分数、粒子直径和局部几何形状计算Fwp。

P-1

P-1辐射模型考虑了粒子与粒子、粒子与流体、粒子与热壁、流体与热壁之间的热辐射。该模型可与热壁bc一起使用或不使用。

在P-1辐射模型中，入射辐射的输运方程为：

 (4.6)    

如果您定义了任何热壁bc，则对热壁处的辐射热流密度qw使用Marshak边界条件：

(4.7)

其中:

Γ为辐射扩散系数，单位为m

G为入射辐射，以J/s/m2为单位求解

a为流体混合物的吸收系数，单位为1/m

n为流体混合物的折射率

σ为斯蒂芬-玻尔兹曼常数

T为流体温度，单位为K

Ep是粒子的当量排放量

ap为等效粒子吸收系数，单位为1/m

w为热壁下标

ϵw是热壁的发射率（在热壁BC编辑器中指定）

辐射漫射系数为：

     (4.8)

其中:

σf为等效流体散射系数，单位为1/m

σp为等效粒子散射系数，单位为1/m

流体混合性质由组分按以下混合规则平均：    

其中:

yfi为流体的摩尔分数i

afi是流体i的吸收系数，单位为1/m（在基础材料编辑器中指定）

等效粒子吸收系数为：

                  (4.10)

其中:

ϵpi为粒子i的发射率（在发射率中指定）

Api为粒子i的投影面积

V为控制体积，即Virtual Reactor中的计算单元等效流体散射系数为：

                           (4.11)

其中:

σfi为流体i的散射系数（在基础材料编辑器中指定）

等效粒子散射系数为：

            (4.12)

其中: 

σpi为粒子i散射系数（具体见散射系数）    

流体混合物的折射率n的计算公式为：

                         (4.13)

其中:

Xfi为流体i的质量分数

nfi是流体i的折射率（在基材编辑器中指定）

粒子的等效发射为：

                 (4.14)

其中:

Tpi为粒子i的温度

由于辐射而产生的热源或汇，qr为：

 (4.15)

热源被整合到流体和粒子能量方程中，以解释辐射的贡献。

Cap暴露粒子面积启用后，此选项将单元格中的总粒子投影面积限制为用于辐射计算的单元格的投影表面积。此选项仅在单元格中的总粒子表面积超过该单元格的表面积时生效。有了选项（限制颗粒面积），它可以防止在颗粒小而致密（因此总表面积大）的情况下，热壁和颗粒之间的热辐射的过度预测。此选项的默认值为ON。

4.3.4。温度警告极限
    

当开启“热”时，如果温度低于用户指定的最小值或高于最大值，barracuda求解器将在模拟运行期间发出警告消息。

在MinMaxTemp中记录最低和最高温度。如果选中此框，求解器将创建一个名为MinMaxTemp的日志文件。记录模拟的每个时间步系统内的最低和最高温度的数据。

4.4。模拟开始选项

开始选项对话框，如图4.5所示，在模拟启动时启用热和化学模型。

图4.5仿真开始选项对话框

启用热计算启动仿真

热计算被初始化，并在整个模拟过程中处于活动状态。这是在上面的散热设置部分中选择散热时的默认设置。

关闭当选择热模型时，用户可以选择等温启动模拟。这是通过选择“关闭热模式启动”并输入启动温度来完成的。该模型可以在稍后的模型重启时切换到热模型（参见重启求解器）。    

启动模拟与化学启用

模型中的化学反应可以在模型开始时处于活动状态（On），也可以在模型开始时处于非活动状态（Off），或者反应可以在开始时处于非活动状态，但在设定的时间内缓慢上升。

On该化学反应在模型开始时初始化，并在整个模拟过程中处于活动状态。当包括反应时，用户通常会从模型开始时就开始使用化学活性。

Off， ramp onramp设置提供了延迟和ramp功能，对于更高的反应速率模型可能是有益的。使用此模型时，必须在匝道标签旁边的文本框中输入时间值。第一个文本框表示斜坡变为活动状态和反应速率开始为非零的时间。第二个文本框值表示将在速率计算中使用完整反应速率值的时间。在这两个时间之间，反应速率将线性增加。

关闭在模型中完全指定了化学反应，但在开始时不计算反应。如果用户想要模拟没有化学反应的模型启动，并在模型达到稳定状态后打开化学反应，则可以使用此选项。当使用重启求解器时，化学反应可以被“打开”。