VirtualFlow | 水力旋流器三维瞬态仿真模拟

采用通用流体仿真软件VirtualFlow实现水力旋流器三维瞬态仿真模拟过程如下：

水力旋流器结构模型如图1所示，水及颗粒的混合物通过水力旋流器的切向入口进入，比水密度大的粒子将从底部出口离开，而水将从上部出口离开。

在Objects中，将默认的几何为固体选项取消（本案例为内流）。

图2 加载几何

VirtualFlow软件IST/BMR网格技术摒弃了传统网格技术中的长宽比、单元伸展和扭曲度等技术参数，导入CAD文件即可自动快速生成结构化网格，并可根据分析需求对模型分块和局部加密，在保证旋流器内部流场精度的基础上大幅减少网格量。

图3 网格划分

图4 块划分及自动缩减

图5 进口边界设置

水出口：压力出口，表压为0；

颗粒出口：压力出口，表压为200pa。

选择INPUT选项卡，在物理模型中设置相应的求解方程、重力等参数，参数设置如图：

图6 基本方程及重力设置

在多相流模型界面选择“拉格朗日颗粒追踪方法”，设置颗粒相密度、粒径分布方式、耦合方式、作用力等参数，如图：

图7 相流模型界面

设置介质为水，密度及粘度如下图所示：

图8 设置相属性

图9 求解控制参数设置

压力、速度初始化，设置为常数0。

图10 输出参数设置

水力旋流器内流体的速度、压力分布具有十分重要的研究价值，流体的运动状态将对颗粒产生重要影响，关系着颗粒在流场中的曳力、运动轨迹、分离效率等。当流场速度、压力趋于稳定时，认为此时旋流场已经基本稳定，VirtualFlow 软件得到此时速度、压力分布如下所示：

图11为流场内YZ截面速度分布云图。

图11 YZ截面速度分布云图

图12 YZ截面压力分布云图

图13 旋流器内的流线分布

图14 颗粒运动轨迹动态分布

图15 不同旋流腔室下的压降

通过VirtualFlow软件拉格朗日颗粒模型可以对水力旋流器内部液体及颗粒的流动进行三维、瞬态模拟，可以快速得到水力旋流器不同流速、不同旋流腔下的分离效率，为水力旋流器优化设计提供依据。