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CFD技术|示踪剂模拟

BB学长

1年前浏览4456

导读：简要介绍示踪剂在Fluent中的模拟。

流体的混合时间及停留时间是多相流动中评价混合效果及相间传质效率的重要指标，在Fluent中通常采用示踪剂方法来计算这两个值。

理论基础

由于示踪剂的物性参数与流体的性质相同，它的加入对流场无影响，因此，在示踪剂模拟过程中，以稳态的流场为基础，增加非稳态质量组分传输方程。

非稳态质量组分传输方程可表示为：

式中：

表示相对质量平均速度的质量扩散通量；

表示物质

的质量组分。

对于混合时间，是指两种完全互溶，但其物理和化学性质(如电导率、颜色、温度、折光率等)有差异的流体通过搅拌使之达到规定混合程度所需要时间，习惯上用95%规则，即当监测点示踪剂浓度达到最终稳定浓度值±5%以内并不再超出时，该时刻即为混合时间。

对于停留时间，是指物料从进入设备至离开设备的时间，主要有两个变量--停留时间的分布函数及平均停留时间。其中停留时间的分布函数可以定义为：

表征某一停留时间时的示踪剂占示踪剂总量的比率。

平均停留时间

表达式为：

为了实现停留时间的模拟，需要在入口处加入一种物性参数与入口流体相同的示踪剂，时间为1s，即：

其中

为示踪剂浓度。

计算设置

导入模型，检查网格

打开组分输运方程(Models-Species-Species Transport)

1.设置示踪剂：打开材料面板(Materials)，增加示踪剂(物性参数与流体保持一致)；

2.设置混合物质：(Materials-Mixture-mixture template)

a.首先设置混合物的组分(mixture template-Mixture species-Edit)，选择混合物的组成；

b.其次在mixture-template中，density选择volume-weighted-mixin-law；

3. 返回Species面板，设置混合相：

4. 打开Solution-control，取消示踪剂方程(以示踪剂名字命名)，计算得到稳定的流场。

5. 将计算改成非稳态计算(General-Time-Transient)

6. 将入口示踪剂浓度设置为1(停留时间)；Mark示踪剂加入位置，并patch该位置处示踪剂浓度为1(混合时间)；

7. 打开示踪剂方程，关闭其他方程；

8. 设置残差标准(通常设置为1e-11);

9. 设置监测点，监测面；

10. 如果是计算停留时间，需要先迭代一个时间步，再将入口示踪剂设置为0；

11. 计算直到收敛；

12.利用反应工程里的公式计算平均停留时间和E(T)。

来源：BB学长

Fluent 多相流化学组分输运理论材料

著作权归作者所有，欢迎分享，未经许可，不得转载

首次发布时间：2023-06-23

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