在 Fluent 中设置模型参数时,通常没有特别注明单位的,一般采用国际单位制。然而在冲蚀计算过程中,一些参数的设置却并非如此。
Fluent 冲蚀计算需要设置两个关键参数:壁面恢复系数与冲蚀模型。
壁面恢复系数用于表征颗粒碰撞到壁面后的运动行为,是唯一能够体现颗粒动量和能量损失的模型参数,该参数对颗粒碰撞后的运动速度及角度有决定性的作用。
目前较为常用的壁面恢复系数模型为Forder et al.[1]模型及Grant and Tabakoff[2]等。
当冲击角单位为弧度时,恢复系数的取值范围为0~1。
若以角度为单位,使用式(1)与式(2)的表达形式,则如下图所示,显然是错误的。
此时需要对系数进行转换。
或:
相应的Grant and Tabakoff模型转换后为:
得到与以弧度显示的式(1)(2)相一致的结果。
扎心的事情是:Fluent壁面恢复系数,输入的参数是以角度为单位,其显示曲线却以弧度为单位。如下图所示输入的Forder模型,系数输入采用的是以角度为单位的式(3),然而其图形显示只提供了弧度单位。河里蟹!
相同的问题也发生在冲蚀率函数上。
冲蚀函数用来描述冲蚀速率与颗粒冲击角度、颗粒冲击速度以及颗粒粒径等参数之间的函数关系。当选择使用通用冲蚀模型时,需要指定这三个参数。
经常将冲击角函数指定成与颗粒冲击角度相关的多项式函数。
以弧度为单位显示的冲击角函数曲线如图所示。可以看出最大值在0.9弧度左右。
然而在Fluent中输入的是角度,如果按照式(5)的系数输入,得到的图形如下图所示,显然是错误的(纵坐标都9次方了)。
在Fluent中以式(6)的参数输入,一切恢复正常。
当在Fluent中将壁面恢复系数及冲击角函数指定为颗粒冲击角度的函数时,应当按照冲击角单位为角度的表达式输入系数。若文献中给定的表达式是以弧度为单位,则需要对原表达式进行转换,将其换算为以角度为单位。
另外一个需要注意的是,如果采用UDF描述这些公式,则需要使用弧度表达式。
作为一款成熟的商业软件,Fluent应该在参数输入界面指明参数的单位。
Forder, A., Thew, M., Harrison, D., 1998.A numerical investigation of solid particle erosion experienced within oilfield control valves.Wear, Vol. 216, pp. 184-193.
[2]Grant G, Tabakoff W. Erosion prediction in turbomachinery resulting from environmental solid particles[J]. Journal of Aircraft, 1975, 12(5): 471-478.
[3]Zhang, Y., Reuterfors, E.P., McLaury, B.S., Shirazi, S.A., Rybicki, E.R., 2007.Comparison of computed and measured particle velocities and erosion in water and air flows.Wear, Vol. 263, pp. 330-338.
(完)