十六、DPM模型-颗粒流动

颗粒流动问题是很多同学目前正在研究的问题，这类问题一般来说都比较复杂，Fluent提供了多种模型对这类问题进行模拟，包括DPM、DDPM、DEM、PBM等，上述的每种模型都有其适用的工况，并不通用，这次我们介绍一下DPM模型。

由于DPM的复杂性，本文只对Fluent中DPM的操作进行一些简单的设置，一些设置的具体依据，我们在下一次文章中详细讲解一下。

1 概念介绍

首先我们介绍一下拉格朗日法和欧拉法，理解起来很简单，拉格朗日法是以某一质点的运动作为研究对象，观察这一质点在流场中由一点移动到另一点时，其运动参数的变化规律；欧拉法以某一流场区域作为研究对象，研究各时刻质点在流场中的变化规律。

显然，拉格朗日法更适用于描述颗粒运动，而欧拉法更适用于描述流体运动。DPM模型就是基于这两种方法进行流体相和颗粒相的模拟，它使用欧拉法描述流体运动，使用拉格朗日法描述颗粒运动。   

DPM适用条件：DPM模型只适用于颗粒相体积分数小于10%，同时不考虑颗粒体积。不考虑颗粒和颗粒之间的相互作用力，但可以考虑颗粒和流体之间的相互作用。                                  

2 模型描述

本例的模型采用三通管模型，如图所示。模型有两个入口和一个出口，分别为INLET_Y、INLET_Z和OUTLET，含颗粒物的空气从INLET_Z进口流入计算域内，最后经OUTLET流出。

3 导入网格

使用Workbench打开工程文件，文件在本文末尾链接资源内。

4 Scale网格尺寸

Scale修改网格尺寸。如图所示。

确保计算域尺寸是我们所需要的。本例中x方向尺寸-0.038~0.038m，y方

向-0.2~0.2m，z方向-0.038~0.2m

5 设置求解器

选择压力基(pressure-based)求解器，同时选择稳态模拟，不考虑考虑重力。

6 设置计算模型

多相流模型不必打开，不考虑能量方程。湍流模型为标准的k-e模型，增强的壁面函数，打开Discrete Phase模型。

不勾选Interaction with Continuous Phase，不考虑颗粒相和流体相之间的相互作用。其余选择均保持默认。单击下面的Injections，弹出下图单击Create，创建颗粒入射口。

单击Create，创建颗粒入射口。Injection Type选择surface，表示从模型面入射，Release From Surface选择inlet_z。Particle Type选择Inert(惰性颗粒) ，可考虑各类力和传热，但自身不会因为热量而参与反应

颗粒Material可由工况自行选择，此处保持默认；颗粒粒径分布选择uniform，表示颗粒直径均相同；Point Properties下Variable将颗粒入射速度调整为沿z轴负方向为1m/s，其余方向上没有速度。直径及流量分别设置为1e-4m和1kg/s；

勾选Scale Flow Rate by Face Area，表示将按照入射表面网格面积尺寸分配颗粒，不勾选则均匀分配

7 材料设置

对于连续相，选择空气即可，空气属性保持默认。对于颗粒材料，也可在此处进行设置，本例保持默认。

8 设置边界条件

Inlet_y：采用velocity-inlet边界，速度为0.3m/s，温度288K

Inlet_z：采用velocity-inlet边界，速度为0.1m/s，温度298K

outlet：设置为pressure-outlet，回流温度设置为300K，DPM栏离散相边界类型选择escape，表示颗粒脱离边界，离开计算域。

将其他类型整理如下：

wall：wall边界，恒热流，DPM栏离散相边界类型选择Reflect

9 求解方法

选择Coupled，伪瞬态求解

Solution Controls保持默认

10 初始化

选择混合初始化，单击Initialize，完成初始化

11 计算设置

设置计算步长100步

12 颗粒轨迹图

源文件链接：

见附件