四十二、Fluent欧拉模型流化床模拟

欧拉模型：

欧拉多相流模型可以模拟颗粒流动，但是与DPM离散模型不同，欧拉模型模拟颗粒物流动是将颗粒物看成流体进行模拟的，其无法追踪颗粒粒子轨迹。Chapter40 Fluent 颗粒\气泡PBM模型也是如此

气体通过流化床底部向上流动，流化床下半部有固体颗粒。空气流过固体颗粒可将颗粒吹起悬浮。同时流化床底部有一个小孔，气体可从小孔流出。

3.1 导入网格：

使用Fluent软件打开Chapter46.msh.gz网格文件，文件在本文末尾链接资源内。

3.2 修改模型尺寸

本案例模型尺寸不需要修改，打开Scale mesh查看模型尺寸是否正确

3.3 求解器设置

基于压力求解器，瞬态设置，勾选重力，设置重力加速度为Y轴-9.81

4.1 能量方程

打开能量方程

4.2 湍流模型设置

层流模型-Laminar

4.3 多相流模型

多相流模型选择Eulerian模型，其他设置保持默认。Phases设置在材料设置后会再进行设置。

 5.1 添加water-l材料

双击air，打开材料设置界面

密度 Density：1.2kg/m3

比热容Cp：994 J/kg-K

其他保持默认设置，单击Change/Create即可

再次双击air材料，弹出如下界面。在air材料的基础上设置颗粒相材料

Name：输入solids

Density.：2660 kg/m3

Cp：737J/kg-K

导热系数Thermal Conductivity：0.27W/(mK)

5.2 设置相

返回欧拉多相流界面，设置主相和次相

Setup → Models → Multiphase → Phases

主相：设置air为主相，Phase material选择air，Name处改名为air，单击apply。

每设置好一相就必须单击apply，否则操作不会被应用。

次相：相材料选择为solids，Name处改名为solids。

勾选Granular，当次相为固体颗粒时勾选，若次相为液滴或气泡则不勾选。

颗粒直径Diameter：0.0005 m

Granular Viscosity：选择syamlal-obrien模型，Granular Viscosity为颗粒粘度，包含碰撞粘度、动力粘度和摩擦粘度

Granular Bulk Viscosity：选择lun-et-al模型。Granular Bulk Viscosity为颗粒体积粘度λq。考虑了颗粒群压缩和膨胀时的阻力，默认值是0，也可以设置为Lun et al方程

Granular Temperature：设置为1e-05。Granular Temperature为固体颗粒温度，与粒子的随机运动的动能成正比。单位m2/s2。表示的是颗粒湍动的动能，和实际的温度没有关系

Packing Limit：0.6。Packing Limit颗粒相的最大体积分数。对于单分散颗粒为0.63。对于多分散颗粒，需要增加此值

设置好后，单击Apply

5.3 设置相间作用Phase Interaction

相间相互作用力Forces

Drag Coefficient：曳力系数选择syamlal-obrien

单击Apply

相间质量热量传递Heat, Mass, Reactions

Heat界面下Heat Transfer Coefficient：选择gunn，gunn模型主要用于模拟颗粒相热传递

前面设置的曳力系数、颗粒碰撞恢复系数为0.9（默认值，前面没有设置）和传热系数（此处设置的gunn模型），模拟了相间热交换。

交界面设置Interfacial Area 

Interfacial Area界面下 Interfacial Area 选择ia-symmetric 

默认的ia-particle模型适合于体积分数低于30%的典型分散流动应用。

本问题，次相的体积分数相对较高(接近60%)，ia-symmetric模型在界面面积计算中同时考虑了主相和次相的体积分数，更加准确。

6.1 v_uniform边界设置

将v_uniform边界类型选择为速度入口，设置为速度入口边界条件

Phase选择主相air

Velocity Magnitude：0.25 m/s

Temperature：293 K

单击Apply

Phase选择次相solid

Velocity Magnitude：0 m/s

Tmeral界面Temperature：293 K

Multiphase界面Volume Fraction：0 

单击Apply

6.2 v_jet边界设置

将v_jet边界类型选择为速度入口，设置为速度入口边界条件

Phase选择为主相air

Velocity Magnitude：0.25 m/s

Tmeral界面Temperature：293 K

Phase选择次相solid

Velocity Magnitude：0 m/s

Tmeral界面Temperature：293 K

Multiphase界面Volume Fraction：0 

单击Apply

6.3 poutlet边界设置

将poutlet边界类型选择为压力出口

Phase选择混合相mixture

Gauge Pressure：0 Pa

单击Apply

Phase选择主相air

回流温度Backflow Total Temperature：293K

单击Apply

Phase选择次相solids

回流温度Backflow Total Temperature：293K

mulitphase界面保持默认设置

单击Apply

6.4 wall_hot边界设置

将wall_hot边界类型选择为wall边界

Phase选择混合相mixture

Thermal界面Temperature：373 K

Phase选择主相air和次相solids保持默认设置

单击Apply

6.5 wall_ins边界设置

将wall_ins边界类型选择为wall边界

Phase选择混合相mixture

Thermal界面Heat Flux：0 W/m2

Phase选择主相air和次相solids保持默认设置

单击Apply

7.1 求解方法

Solution-Solution Methods

Transient Formulation：选择二阶隐式Second Order Implicit

Pressure and Momentum：选择二阶迎风格式Second Order Upwind.

Volume Fraction and Energy：选择QUICK

7.2 求解控制

Solution-Solution Controls

Pressure：0.5

Momentum：0.2

调小亚松弛因子有助于提高收敛性，但收敛速度会变慢。参考三十二、Fluent收敛判断标准及方法

标准初始化，Compute from选择all-zones

单击Initialize后，进行patch操作

下面需要进行patch操作，在patch之前需要标记要patch的区域

标记区域

Domain-Adapt-Refine/coarsen-cell registers-New-Region

Xmax：输入0.3m

Ymax：输入0.5m

单击save/Display可显示标记的计算域下半部分区域。

Patch air区域

在初始化界面下单击patch，只有初始化之后，patch按钮才可用

Phase：选择solids

Variable：选择Volume Fraction

Value：0.598

Registers：选择region_0

单击patch，这步操作就是将刚才标记区域的次相solids体积分数初始化为0.598

通过Results-Graphics-Contour可查看patch之后的相分布，若patch操作正确，则相分布应如下图。

Time Step Size设置为0.00015，时间步设置为12000步，每时间步最大迭代次数设置为50.

10.1 静压云图

10.2 次相速度云图

源文件链接：

见附件