LPT简介及曳力模型探讨

当我们做纯流体仿真的结果后处理时，经常会使用流线streamline功能用于分析流体的流动特性，如图2所示。流线以拉格朗日法的角度可以理解为在追踪无质量的细小颗粒，颗粒运动完全依赖于流场运动。

颗粒控制方程为：

在不考虑颗粒质量情况下，颗粒速度等于流场速度，即：

 

而在考虑颗粒质量时，颗粒速度不等于流场速度，即：

 

其中曳力通常为最大的力，因此在接下来的算例中主要讨论曳力的影响。

Fluent、STAR-CCM+以及VirtualFlow均提供不同的曳力模型供用户选择。以下模型根据横风颗粒算例中颗粒属性选取，但受限于不同软件植入了不同的曳力模型，无法进行同种曳力模型不同软件的对比。另外，在实际工程算例计算中，往往需要计算大量的颗粒，不同颗粒具有不同的属性，因此需要选取一个通用模型。

• Fluent曳力模型

• STAR-CCM+曳力模型

 

• VirtualFlow曳力模型

VirtualFlow采用了Clift-Gauvin曳力模型，其表达式为：

其它相关设定如下：

Fluent、STAR-CCM+及VirtualFlow三款软件对单个油滴颗粒在横风作用下的运动轨迹的预测结果如图7所示。

可以看出，对单个油滴颗粒在横风作用下的运动轨迹的预测，不同软件预测结果整体趋势相同，但颗粒轨迹横向偏移不同。其中，VirtualFlow预测的颗粒轨迹横向偏移最少，STAR-CCM+结果较大，Fluent结果介于两者之间。计算偏差主要源自颗粒曳力模型选取的不同。曳力模型及其他相关受力模型的选取要综合考虑流场属性，颗粒与流场耦合作用等多方面决定，并通过试验数据进行校核，才能最大程度上保证仿真的准确性。