内容发布更新时间 : 2024/12/23 6:12:06星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

FLUENT 中的离散相缺省边界条件为：

1.壁面（wall）、对称面（symmetry）、轴对称的轴线（axis）均为``reflect''边界条件，且恢复系数均为1.0；

2.所有的流动类型边界（压力入口-pressure inlets、速度入口-velocity inlets、压力出口-pressure outlets 等），均为``escape''边界条件；

3.所有的内部区域边界（辐射体- radiator、多孔介质间断面- porous jump）均为边界条件；

4.有对壁面边界（wall）才可以修改恢复系数。

注意：在Boundary Conditions 面板打开的面板中可以设定离散相边界条件。当设定完一个以上的喷射源之后，离散相边界条件的输入项就会出现在相应的面板中。

4 模拟结果及后处理

颗粒轨道的输出时，颗粒的可能的结果如下：

1．Escaped：（逃逸）意味着颗粒在已经设定了逃逸边界条件的流动边界终止了轨迹的计算。

2．Incomplete：（未完成）：意味着颗粒轨迹的计算时间步长已经达到设定的最大步数（在Discrete Phase Model panel 面板中的Max. Number Of Steps 文本框中设定，）

3．Trapped：（捕获）：意味着颗粒在已经设定了捕集边界条件的流动边界终止了轨迹的计算。

4．Evaporated：（蒸发）：意味着颗粒在计算域中被完全蒸发掉了。 5．Aborted：（忽略）：意味着颗粒由于舍入误差原因而不能进行计算。用户可以修改长度标尺或设定不同的初始条件来重新计算颗粒轨迹。

需要注意的是，除了用连续相的变量值来着色颗粒轨迹外，也可以使用离散相的各种变量值来进行着色。这些变量值包括：颗粒（已停留）时间、颗粒速度、颗粒直径、颗粒密度、颗粒质量、颗粒温度、颗粒所使用的定律、颗粒（积分）时间步长、颗粒雷诺数。在Color By类目框下的Particle Variables...下拉框中列出了所有可选的着色颗粒变量。为了显示计算域内的最大/最小值，可以点击Update Min/Max 按钮更新。

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DPM 模型的基本操作和注意事项

1 DPM 模型概述

DPM 模型可以用来模拟流场中的离散相，它的特点是使用方便，模拟思路

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清晰，计算中可以对颗粒运动轨迹进行跟踪，结果直观；其缺点是，计算结果无法得到离散相各种场图，为结果分析造成很大不便。 FLUENT 提供了如下的离散相模型选项：

1. 使用Lagrangian 坐标下的公式计算颗粒的轨迹。这些公式涉及了稳态及非稳态条件下离散相的惯性力、曳力和重力。

2. 连续相中的漩涡对于离散相扩散产生的扰动进行预测。 3. 离散相的加热与冷却。 4. 液滴的蒸发和沸腾。

5. 提供对颗粒燃烧的模拟，可以通过对挥发份析出和焦炭燃烧来模拟煤粉的燃烧。

6. 可以选择是否进行连续相与离散相的耦合计算。 7. 液滴的破碎与合并。

这些模型时的FLUENT 可以用来对许多种离散相的问题进行模拟，包括颗粒的分离与分级，喷雾干燥，烟雾的扩散，液体中气泡的搅浑，液体燃料和煤的燃烧。

当需要在FLUENT 的模型中加入离散相时，可以通过定义颗粒的初始位置、速度、粒径、温度等参数实现，具体的操作过程在“Discrete PhaseModel”面板中完成。以上的参数再加上颗粒的物理属性，就可以作为计算颗粒轨迹和颗粒热、质传递的初始化条件。

下面就使用DPM 模型的基本步骤归纳如下： 对于稳态问题，可采用以下步骤求解： 1. 求解连续相流动； 2. 添加离散相；

3. 如果需要的话可以求解耦合流动； 4. 对计算结果进行后处理

对于非稳态问题，可通过以下步骤求解； 1. 添加离散相； 2. 初始化流场；

3. 设定时间步长。对于非耦合问题，FLUENT 会在每个时间步长的最后更新离散相的位置；对于耦合问题，在每次相间耦合计算中离散相的位置都回更新。

2 应用DPM 模型需要注意的一些问题

在Fluent 中应用DPM 模型进行计算时，需要注意DPM 模型忽略了两相流中颗粒之间的相互作用，以及颗粒相对连续相流动产生的影响。这就决定了两相

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流中颗粒相的体积分数不能太高，通常情况下这一体积分数要小于10%～20%。但是，这并不意味着在应用DPM 模型时颗粒相的质量分数也要小于10%～20%，实际上，我们可以使用DPM 模型来模拟离散相质量分数等于或超过连续相质量分数的流动。

**【（1）如果颗粒是以喷射的形式进入连续相的，而且流场中有明确的入口和出口，这种情况下可以使用稳态的DPM 模型来计算；

（2）如果颗粒相在连续相中处于一种无限期的悬浮状态，这种情况下稳态的Lagrangian 模型就不再适用了，对于这样的工况可以考虑使用非稳态的DPM 模型来进行求解。换句话说，对于搅拌器、混和器、流化床这一类容器如果应用DPM 模型来模拟其流场，应该在非稳态的前提下进行。】

一旦应用DPM 模型来对流动进行模拟后，Fluent 中的某些功能将不能再被使用。具体如下： 1. 周期性的边界条件； 2. 可调的时间步长；

3. 使用非预混燃烧模型时，颗粒不能参加反应；

4. 当使用动网格或变形网格时，颗粒喷射的表面便不能随网格一起运动； 5. 如果使用了复合参考系，在参考系下颗粒轨道失去了原有的意义，同理，相间耦合计算也失去了意义。解决这个问题的方法就是采用绝对速度来对颗粒进行跟踪而不是采用相对速度，这一方法可以通过在文本窗口输入以下命令实现：define/models/dpm/tracking/track-inabsolute-frame。需要注意的是，计算结果会与符合参考系下壁面的位置有很大关系。颗粒的跟踪是在哪个参考坐标系下进行的，颗粒的入射速度就要在哪个参考坐标系下定义的。默认情况下，颗粒速度是基于当地坐标系定义的，如果你激活了track-in-absolute-frame（方法如前所述），颗粒速度就基于绝对坐标系来定义。

3．DPM 模型的傻瓜用法

所谓的傻瓜用法，就是不用考虑细节，甚至不必知道模型设置面板中每一 项的意义所在，而只给出相应参数的设定来进行求解。我们不提倡这样的做法，但这也确实是能让新手尽快上路的好办法，当然，有可能计算的结果不准确，但对于简单的流场来讲，应该还可以接受，对于稍复杂的情况，即便是老手，也不敢保证一次建模、一次计算就能得到满意的结果，所以，慢慢调试吧!对于稳态的工况，为了确保计算结果的收敛，可以暂时先不在流场中添加离散相，而仅仅进行连续相的迭代，一直迭代到连续相收敛再加入离散相。当然，也可在计算得

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到收敛趋势时加入离散相。本节只讨论DPM 模型面板的设定。 下面说明傻瓜用法的操作步骤：

1. 通过Define→Models→Discrete Phase 来打开DPM 模型的控制面板， 2. 选中interaction with Continuous Phase；

3. 将Number of Continuous Phase Iterations per DPM Iteration 置为20； 4. 选中Specify Length Scale，将Length Scale 置为0.01，注意LengthScale 后面的单位是m；

5. 粗略估计颗粒的行程，然后用该行程除以Length Scale，得到的值就是Max. Number Of Steps 要输入的值。（实际上，Length Scale 与Max.Number Of Steps 的乘积即为跟踪颗粒轨迹的最大长度，如果你想观察颗粒在整个流场中的流动，那么这个乘积的值就要大于颗粒的轨迹长度，所以此时可以适当地扩大Max. Number Of Steps 的值。）

6. 点击面板下方的injections，弹出Injections 面板，再点击Create，弹出Set Injection Properties 面板，在此面板中设定颗粒的属性。 7. 在Point Properties 下输入颗粒的各种参数；

8. 在Turbulent Dispersion 下激活Stochastic Tracking 选项，将Number ofTries 改成10。

至此，DPM 模型的基本设定就全部结束了。接下来的任务就是针对自己 模型的特点，有针对性的到帮助文件中去寻找解决问题的方法。

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我们先看看燃烧中的组分输运和有反应流动该如何处理。这是燃烧问题中很重要的一部分，前人发展了很多模型来处理不同的具体问题： a) 通用有限速度模型

该方法基于组分质量分数的输运方程，采用你所定义的化学反应机制，对化学反应进行模拟。反应速度在这种方法中是以源项的形式出现在组分输运方程中的，计算反应速度有几种方法：从Arrhenius 速度表达式计算，从Magnussen 和Hjertager 的漩涡耗散模型计算或者从EDC 模型计算。 b) 非预混燃烧模型

在这种方法中，并不是解每一个组分输运方程，而是解一个或两个守恒标量（混和分数）的输运方程，然后从预测的混合分数分布推导出每一个组分的浓度。该方法主要用于模拟湍流扩散火焰。在守恒标量方法中，通过概率密度函数或者PDF 来考虑湍流的影响。

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