Fluent-EDEM耦合計算顆粒流動

本文轉載自查看原文 2017-01-09 14:13 21273 ANSYS FLUENT

雖然說Fluent提供了很多方法用於處理顆粒在流體中的運動行為，然而這些方法都有其各自的適用性。DPM適用於稀薄顆粒的情況，歐拉模型、Mixture模型及DDPM模型雖然可以考慮稠密顆粒相，但並不能考慮顆粒之間的相互作用。DEM模型可以考慮顆粒之間的相互作用，但是FLUENT中的DEM模型僅能模擬最簡單的顆粒之間相互作用（接觸力模型很少），如果要考慮復雜的顆粒間相互作用，則需要考慮更專業的DEM軟件。

EDEM是一款專業的DEM軟件，特別適用於解決顆粒流問題。（注：這不是廣告，因為適合解決顆粒流問題的DEM商用軟件並不多，比較出名的就那么幾款，如EDEM、PFC等，開源的DEM軟件適合顆粒流計算的軟件有LIGGGHTS）。DEM軟件主要用於兩個方向，一個專注於模擬如岩土之類的顆粒粘結固體，一類專注於顆粒流動。

本案例主要描述利用FLUENT與EDEM軟件耦合解決顆粒在流體中的運動軌跡計算。其中EDEM軟件負責顆粒的運行軌跡計算，FLUENT軟件負責計算流體流場。

1 案例描述

本案例考慮氣力分選問題。模型幾何如圖所示。

固體顆粒由上方進料口進入計算域，流體從左側入口進入。划分計算網格如圖所示。

受計算資源限制，這里網格划分得比較粗，如果是真實計算，網格要划分得密一些。

2 Fluent設置

step 1：采用3D並行啟動Fluent
step 2：導入網格
step 3：采用瞬態計算，考慮重力加速度沿-y方向9.81 m/s2
step 4：采用realizable k-epsilon湍流模型
step 5：邊界條件inlet為velocity，設置速度為8m/s；outlet邊界為outflow，其他邊界采用默認設置
step 6：Solution Methods中設置pressure-velocity Coupling Scheme為PISO
保存cas文件。

3 EDEM設置

step 1：啟動EDEM2017，保存文件為ex.dem
step 2：鼠標右鍵選擇BulkMaterial，選擇Add Bulk Material
step 3：修改材料名稱為weight，設置密度為500 kg/m3
step 4：同樣的步驟創建另一材料light，修改其密度為120kg/m3
step 5：材料weight上點擊右鍵，選擇Add Particle
step 6：設置顆粒粒徑為2mm，並計算顆粒屬性，修改顆粒名稱為weightParticle
step 7：相同步驟在light上創建顆粒，粒徑為1mm，修改顆粒名稱為lightParticle
step 8：添加顆粒間相互作用。鼠標選中weight，選中下方面板中Interaction下的添加相互作用按鈕，添加weight-weight以及weight-light相間的相互作用，這里暫時采用默認參數
step 8：鼠標選中light，相同的步驟添加light-light相互作用，參數暫時采用默認
step 9：添加壁面材料。右鍵選擇列表項Equipment Materials，選擇Add Eauipment Materials，材料參數采用默認參數，修改材料名稱為steel
step 10：在steel材料上添加相互作用steel-light以及steel-weight，參數采用默認
step 11：右鍵選擇Geometries，選擇菜單Import Geometry…，在打開的文件選擇對話框中選擇前面創建的msh文件，導入計算域，修改名稱為domain。
step 12：創建幾何用於釋放顆粒。右鍵選擇Geometries，選擇菜單Add Geometry → Polygon

修改名稱為injector，並設置其Type為Virtual
step 13：修改Injector的Polygon屬性，如下圖所示
step 14：右鍵選擇injector，選擇彈出菜單Add Factor
step 15：選擇Factory Type為Unlimited Number，設置parameters下的material為weight，設置速度為y方向-0.5m/s；
step 16：同樣的步驟創建另外一個factory，只不過設置材料為light，速度仍然為y方向-0.5m/s
step 16：選擇Environment，設置重力加速度為y方向-9.81m/s2

保存工程文件。
step 17：進入Simulator功能，設置cell size為10R，其他參數保持默認。這里不需要設置total time，因為后面設置耦合后仿真計算總時間由Fluent決定。