基于Ansys Fluent 的颗粒分离/过滤解决方案
摘要
本文主要介绍了通过Fluent软件实现设备工作场景中颗粒分离/过滤的三种方法：Eulerian方法、DPM和DDPM。Eulerian方法适用于高负载情况，将多孔介质中的颗粒速度约束为0以阻止其通过。DPM基于稳态仿真结果，通过UDsF获取颗粒沉积，并根据沉积量调整阻力。DDPM则基于Lagrangian模型追踪颗粒，并考虑颗粒与流体的相互作用，可通过UDFs处理内部边界条件反射颗粒。这些方法为实现精确的颗粒分离和过滤提供了有效的工具。
正文
过滤是指通过特殊装置将颗粒移除，将流体提纯净化的过程。过滤的方式很多，应用的物系也很广泛，固-液、固-气、大颗粒-小颗粒等。本文主要讲述如何通过Fluent软件实现在设备工作场景中的颗粒分离/过滤。
目录
1. Eulerian method（瞬态方法）
2. DPM
3. DDPM
1. Eulerian method（瞬态方法）
此方法适用于高负载(颗粒体积含率较高)的情况。
Ø 固定速度:多孔介质中第二相(次要相)颗粒速度设置为0
Ø 多孔介质/膜外面的颗粒将会堆积
Ø 堆积的颗粒造成的压降通过颗粒与流体之间的曳力描述
假设所有的颗粒都被捕捉，将多孔介质中的颗粒速度约束为0，从而阻止颗粒通过多孔介质。
2.DPM
方法:一系列的稳态仿真结果(也可应用于非稳态计算)
(1) 通过UDsF获得颗粒在膜上的沉积；
(2)基于颗粒在膜上的沉积分布，根据沉积量调整阻力；
假设在膜两侧施加定常压力，每次释放的颗粒，都将沉积到过滤层。注意:沉积发生在尖端和凹槽处。
随着沉积物的积累，流量将会将会轻微的发生变化。
Deposit vs. Mass Flow Rate (kg/s)
1. 0.0089773936
2. 0.0086228549
3. 0.0075318487
4. 0.0070381071
颗粒沉积在过滤膜上的相关UDFs
使用UDFs将过滤层转化成多孔介质在X方向的动量源相
注:此处仅考虑X方向；如果是三维情况，需要考虑不同方向的动量损失。
此外，可以根据注入颗粒粒径的大小进行过滤，小颗粒(1mm)通过多孔介质，大颗粒被过滤。
如下是相关设置介绍：
(1) 设置以下多孔介质区域
(2)激活UDM(user defined memory variable),该变量用于存储被过滤颗粒的信息，配合前面教程，可以用于修正沉积颗粒对阻力的影响。
(3) 使用UDFs过滤直径大于0.002mm的颗粒。小颗粒通过，大颗粒被过滤。
3. DDPM
(1) 基于Lagrangian模型追踪离散相（颗粒）
■ 在主相中考虑离散相的影响
■ 考虑颗粒与流体的相互作用
(2) 颗粒与颗粒相互作用
■ 近似的方法
√ O'Rourke液滴碰撞-破碎模型
√ 固体相的压力-KTGF
■ 显式的颗粒相互作用-DEM
■ 其余模型
(3) 如何通过内部边界条件反射颗粒?
针对颗粒流(如鼓泡流化床)，需要模拟内部膜阻止颗粒通过，但能够允许流体通过。由于porous jump边界条件与DDPM模型不兼容，因此需采用UDFs进行处理。具体思路是当颗粒通过内部边界(膜)时受到一个体积力。体积力是基于DEM的形式，目的是为了反射颗粒。
UDFs描述如下：
① 检查给定颗粒是否在指定内部面的相邻网格上。
② 如果上述成立，检查颗粒是否与虚拟壁面重叠，
③ 如果发生重叠，则基于DEM形式计算受力。
