Fluent PBM模型及欧拉多相流应用讲解
- 作者优秀
- 优秀教师/意见领袖/博士学历/特邀专家/独家讲师
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导读：又是一年开学季，又有很多小伙伴要开始接触Fluent软件了。初次接触这个软件的同学，可能会一脸懵，当年我也是如此。一方面不能理解Fluent、ANSYS、Mesh等软件的区别，另一方面即使打开了软件，可能对软件的界面完全不懂，甚至可以说不知所措。《Fluent PBM模型及欧拉多相流详解20讲》从参数设置、案例实操、欧拉多相流次相颗粒属性设置、颗粒-气泡的视频课程。
一、PBM参数的设置流程
PBM模型被称为群体平衡模型。可考虑颗粒粒径分布，并考虑颗粒(气泡)的成核、生长、分散、溶解、聚集和破碎产生分散。与DPM模型、DEM模型等应用场景不同。模型很简单，为二维旋转对称图形，直径为0.29m。模型下部为水，下部入口处有0.23m的区域有空气泡以0.02m/s的速度向上流动。气泡初始为等直径为3毫米，在鼓泡塔中会进行破碎长大等，因此在鼓泡塔中的直径不同。同时模型的上方会有一部分空气，并没有被水填充满。出口也认为气泡等直径为3毫米使用Fluent软件打开Chapter41.msh.gz网格文件，文件在本文末尾链接资源内。 注：这里模型是横着的，可以通过camera将模型方向调整为竖直的。 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 
基于压力求解器，瞬态设置，勾选重力，设置重力加速度为X轴-9.81，2D Space勾选Axisymmetric。 PBM模型只能在mixture或者eulerian多相流模型中打开。 打开欧拉模型，Number of Eulerian Phase设置为2，表示两相流 单击Fluent Database，找到water-liquid，点击copy，即可添加water材料 设置液态水water为主相，空气为次相，并分别在Name处改名。 设置主次相的原则：主相为流体连续相，次相为气泡或者颗粒。 此处不必指定直径，在后面的PBM模型的设置中，也会指定颗粒粒径的分布，最终用sauter-mean粒径会覆盖掉此处指定的值。 Population Balance Model，即PBM模型，点击此列可设置PBM模型 需要设置的内容较多，这里简单介绍，后面会出一篇详细参数设置理论的文章 注：之前的版本19.2：必须采用TUI命令开启（必须是mixture或者eulerian）现在的版本2021R1：不需要TUI打开，欧拉或者混合模型界面就有PBM模型 – Discrete
– Inhomogeneous discrete
– Standard moment
– Quadrature moment
前两个都是离散的方法，后三个都是矩阵的方法。本案例使用Discrete 粒径设置有两种方式，第一种Geometric Ratio即通过几何比率设置；第二种File，通过文件导入，文件格式有一定的要求。 上图界面中的Kv是一个和颗粒形状相关的参数，默认值为球形颗粒参数。其他的设置如Print Bins和Size Calcutator，相对不那么重要，这里不再说明。 使用第一种方式Geometric Ratio设置粒径分布，需要设置Bins。 本例设置参数：Bins=6，Ratio Exponent=2，Min diameter=0.001191 Bins栏的phase为次相。bins表示的是颗粒粒径分了多少段，数值为几表示分了几段。Ratio Exponent表示的是颗粒体积等比系数。本案例粒径为气泡直径 Min diameter表示的是颗粒粒径的最小值。Max diameter不必设置，经过bins和Ratio Exponent的设置后能够自动求解出Max diameter。 本案例勾选Aggregation Kernel和Breakage Kernel 设置操作密度可加快收敛，对结果没有影响。在自然对流，打开布新涅斯克假设时，操作密度影响巨大。 设置依据：对于多相流，操作密度一般设置为密度较小的一相 混合相：湍流强度和水力直径的设置会影响收敛的快慢，但不会应该收敛的结果。 空气相：由于工况为入口处有空气泡以0.02m/s的速度向上流动。气泡初始为等直径为3毫米，出口也认为气泡等直径为3毫米。 因此设置入口空气相速度为0.02 m/s，入口空气相体积分数为1，指定Bin-3-fraction为1。Bin3刚好是颗粒粒径为0.003m。 最上面的VOF等于1，表示进口全是颗粒/气泡。下面的Bin3-vof等于1表示进口颗粒的粒径只是bin3所表示的粒径。 空气相：出口也认为气泡等直径为3毫米，出口空气相回流体积分数为1，指定Bin-3-fraction为1。Bin3刚好是颗粒粒径为0.003m Solution-Solution Methods PBM方程默认离散格式的求解精度是 First Order Upwind，亚松驰因子是0.5。保持默认即可 Solution-Solution Controls
标准初始化，Compute from选择vinlet 注：这里需要注意，由于Compute from选择vinlet，初始化空气的体积分数为1，因此需要将模型下标区域patch为水。 下面需要进行patch操作，在patch之前需要标记要patch的区域 Domain-Adapt-Refine/coarsen-cell registers-New-Region 按上图输入数值，单击save/Display可显示标记的计算域下半部分区域。
在初始化界面下单击patch，只有初始化之后，patch按钮才可用 按上图设置，Phase选择air，Variable选择Volume Fraction，Value输入0，Registers to Patch选择刚才标记的区域region-0。注意，不要选择surface。单击patch。此时计算域下半部分为液相区。 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0.001，时间步设置为1000步，每时间步最大迭代次数设置为20。 1、以下我的课程安排：
Fluent PBM模型及欧拉多相流详解20讲
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