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FLUENT填充床反应器模拟

3年前浏览3513

本教程演示了二维轴对称流动和传热的填充床反应器模拟过程。

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 1   启动FLUENT并导入网格 
(1)在Windows系统下执行“开始”→“所有程序”→ANSYS 2021→Fluid Dynamics→Fluent 2021命令,启动Fluent 2021。

(2)单击主菜单中File→Read→Mesh命令,导入.msh网格文件。

(3)单击主菜单中Domian→Mesh→Scale命令,弹出Scale Mesh对话框,Mesh Was Created In选择mm,单击Scale按钮。

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 2    定义模型 

(1)单击命令结构树中General按钮,弹出General(总体模型设定)面板。在SolverTime中选择Transient,2D Space选择Axisymmetric。

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(2)在模型设定面板Models中双击Viscous按钮,弹出Viscous Model(湍流模型)对话框,在Model中选择Laminar,单击OK按钮确认并关闭对话框。

(3)激活能量方程。

 3    设置UDF 

(1)单击主菜单中User-Defined→Functions→Compiled按钮,导入以下UDF文件。

#include "udf.h"

real delta_t;

int time_step;

#define d_b 0.00683        /* mean diameter of bulk material */

real rho_b = 2250.;        /* particle density */

real cp_b  = 835.;         /* specific heat capacity */

real A_V_sphere = 6.0/d_b;  /* area-to-volume ratio of a sphere*/

real A_b_V;                 /* area-to-volume ratio */

enum

{

  T_B,

  N_REQUIRED_UDS

};

DEFINE_ADJUST(pm_adjust, domain)

{

  delta_t = RP_Get_Real("physical-time-step");

  time_step = RP_Get_Integer("time-step");

}

DEFINE_UDS_UNSTEADY(pm_first_order, c, t, i, apu, su)

{

  real vol;    /* cell volume */

  real vol_m1; /* cell volume time step minus 1 */

  real fac;    /* factor in time derivative */

  real fac_m1; /* factor at time step minus 1 */

  real eps_b = 1.0 - C_POR(c,t);  /*solid volume fraction*/

  vol    = C_VOLUME(c,t);

  vol_m1 = vol;

  fac    = rho_b*cp_b*eps_b;

  fac_m1 = fac;

  *apu    = -fac*vol / delta_t;

  *su     = fac_m1*vol_m1*C_UDSI_M1(c,t,i)/delta_t;

}

DEFINE_UDS_UNSTEADY(pm_scnd_order, c, t, i, apu, su)

{

  real vol;    /* cell volume */

  real vol_m1; /* cell volume time step minus 1 */

  real vol_m2; /* cell volume time step minus 2 */

  real fac;    /* factor in time derivative */

  real fac_m1; /* factor at time step minus 1 */

  real fac_m2; /* factor at time step minus 2 */

  real eps_b = 1.0 - C_POR(c,t);

  if ((time_step < 2) || (n_time_levels == 2))

    pm_first_order(c,t,i,apu,su);

  else {

    vol    = C_VOLUME(c,t);

    vol_m1 = vol;

    vol_m2 = vol;

    fac    = rho_b*cp_b*eps_b;

    fac_m1 = fac;

    fac_m2 = fac;

    *apu    = - 1.5*fac*vol / delta_t;

    *su     =  (2*fac_m1*vol_m1*C_UDSI_M1(c,t,i) -

                0.5*fac_m2*vol_m2*C_UDSI_M2(c,t,i))/delta_t;

  }

}

real htc(cell_t c, Thread *t)

{

  real Nu, Re, Pr;

  Re = ND_MAG(C_U(c,t),C_V(c,t),C_W(c,t))*d_b*C_R(c,t)/C_MU_L(c,t);

  Pr = C_CP(c,t)*C_MU_L(c,t)/C_K_L(c,t);

  Nu = 2.  1.1 * pow(Re,0.6) * pow(Pr,1./3.);

  return Nu*C_K_L(c,t)/d_b;

}

DEFINE_SOURCE(energy_source, c, t, dS, eqn)

{

  real pref;

  real source;

  real eps_b = 1.0 - C_POR(c,t);

  A_b_V = eps_b*A_V_sphere;

  pref = htc(c,t)*A_b_V;

  source = -pref*(C_T(c, t) - C_UDSI(c, t, T_B));

  dS[eqn] = -pref;

  return source;

}

DEFINE_SOURCE(uds_source, c, t, dS, eqn)

{

  real pref;

  real source;

  real eps_b = 1.0 - C_POR(c,t);

  A_b_V = eps_b*A_V_sphere;

  pref = htc(c,t)*A_b_V;

  source = pref*(C_T(c, t) - C_UDSI(c, t, T_B));

  dS[eqn] = -pref;

  return source;

}

(2)单击主菜单中User-Defined→Scalars按钮,激活UDS。

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(3)单击主菜单中User-Defined→Function Hooks按钮,设置UDF函数。

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 4   设置材料 

(1)单击主菜单中Setting Up Physics→Materials→Create/Edit,弹出Create/Edit Materials(材料)对话框。设置air的Density为1.1,Cp为1010,Thermal Conductivity为0.0276,Viscosity为1.95e-05。

单击UDS Diffusivity旁边的Edit按钮,弹出UDS Diffusion Coefficients对话框,设置Coefficients为1.84。

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(2)在Fluent Database Materials对话框中导入固体物质copper。

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(3)创建新的固体物质glass,Density设置为2250,Cp为0,Thermal Conductivity选择为orthotropic。

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 5   设置计算域 

(1)设置计算域,在Fluid对话框中勾选Porous Zone和Source Terms。

(2)在Source Terms选项卡中,单击Energy旁边Edit按钮,设置Energy Sources。

单击User Scalar 0旁边Edit按钮,设置User Scalar sources。

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(3)在Porous Zone选项卡中,取消勾选Relative Velocity Resistance Formulation,设置Viscous Resistance为1.41e 07,Inertial Resistance为4181,Porosity为0.423,设置Solid Material Name为glass。

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 6   设置边界条件 

(1)单击主菜单中Setting Up Physics→Zones→Boundaries按钮启动的边界条件面板。

(2)在边界条件面板中,设置Inlet,Velocity Magnitude填入0.2085,Temperature填入320.15,单击OK按钮确认退出。

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(3)设置external-wall,Thermal Conditions选择为Convection,Material Name选择为copper,Heat Transfer Coefficient填入70,Free Stream Temperature填入383.15,单击OK按钮确认退出。

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 7   初始条件 
单击主菜单中Solving→Initialization按钮,弹出Solution Initialization(初始化设置)面板。

Initialization Methods中选择Standard Initialization,单击Initialize按钮进行初始化。

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 8 计算求解 

单击主菜单中Solving→Run Calculation按钮,弹出Run Calculation(运行计算)面板。

在Time Step Size中输入10,在Number of Time Steps中输入200,单击Calculate开始计算。

 9    结果后处理 

(1)进入CFD-Post界面。

(2)显示云图。

理论科普仿真体系代码&命令Fluent
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首次发布时间:2021-05-22
最近编辑:3年前
南流坊
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