Fluent多相流模型选择与设定

1、精品1.多相流动模式我们可以根据下面的原则对多相流分成四类：? 气-液或者液 -液两相流：o 气泡流动：连续流体中的气泡或者液泡。o 液滴流动：连续气体中的离散流体液滴。o 活塞流动 : 在连续流体中的大的气泡o 分层自由面流动：由明显的分界面隔开的非混合流体流动。? 气 -固两相流：o 充满粒子的流动：连续气体流动中有离散的固体粒子。o 气动输运：流动模式依赖诸如固体载荷、雷诺数和粒子属性等因素。最典型的模式有沙子的流动，泥浆流，填充床，以及各向同性流。o 流化床：由一个盛有粒子的竖直圆筒构成，气体从一个分散器导入筒内。从 床底不断充入的气体使得颗粒得以悬浮。改变气体的流量，就会有气泡不断

2、的出现并穿过整个容器，从而使得颗粒在床内得到充分混合。? 液 -固两相流o 泥浆流：流体中的颗粒输运。液 -固两相流的基本特征不同于液体中固体颗粒的流动。在泥浆流中，Stokes数通常小于1。当Stoke数大于1时，流动成为流化(fluidizati on )了的液-固流动。o 水力运输 : 在连续流体中密布着固体颗粒o 沉降运动 : 在有一定高度的成有液体的容器内，初始时刻均匀散布着颗粒物精品质。随后，流体将会分层，在容器底部因为颗粒的不断沉降并堆积形成了淤积层，在顶部出现了澄清层，里面没有颗粒物质，在中间则是沉降层，那里的粒子仍然在沉降。在澄清层和沉降层中间，是一个清晰可辨的交界面? 三相

3、流 （上面各种情况的组合 ）各流动模式对应的例子如下：? 气泡流例子：抽吸，通风，空气泵，气穴，蒸发，浮选，洗刷? 液滴流例子：抽吸，喷雾，燃烧室，低温泵，干燥机，蒸发，气冷，刷洗? 活塞流例子：管道或容器内有大尺度气泡的流动? 分层自由面流动例子：分离器中的晃动，核反应装置中的沸腾和冷凝? 粒子负载流动例子：旋风分离器，空气分类器，洗尘器，环境尘埃流动? 风力输运例子：水泥、谷粒和金属粉末的输运? 流化床例子：流化床反应器，循环流化床? 泥浆流例子 : 泥浆输运，矿物处理? 水力输运例子：矿物处理，生物医学及物理化学中的流体系统? 沉降例子：矿物处理2.多相流模型FLUENT 中描述两相流的

4、两种方法 :欧拉一欧拉法 和欧拉一拉格朗日 法，后面 分别简称欧拉法和拉格朗日法。精品欧拉法即为两相流模型，拉格朗日法即为离散相模型欧拉法着眼于空间的点，基本思想是考察空间一个点上的物理量及其变化。 在欧拉方法中，FLUENT将不同的相被处理成互相贯穿的连续介质。各相的体积率是时间和空间的连续函数，其体积分率之等于1。欧拉法中两相流模型包括:VOF(the volumeoffluid)模型，混合模型和欧拉一欧拉模型VOF 模型(Volume of Fluid Model)混合模型(Mixture Model)欧拉模型(Eulerian Model)2.1 VOF 模型(Volume of Fl

5、uid Model)VOF模型用来处理没有相互穿插的多相流问题 ，在处理两相流中，假设 计算的每个控制容积中第一相的体积含量为a 1,如果a1=0，表示该控制容 积中不含第一相，如果a1=1，则表示该控制容积中只含有第一相，如果0a典型的应用包括 低负载的粒子负载流，沉降，旋风分离器以及气相容很低的 泡状流。混合物模型也可用于没有离散相相对速度的均匀多相流。精品用混合特性参数描述的两相流场的场方程组称为混合模型；考虑了界面传递特性以及两相间的扩散作用和脉动作用；使用了滑移速度的概念，允许相以不同的速度运动；用于模拟各相有不同速度的多相流；也用于模拟有强烈耦合的各向同性 多相流和各相以相同速度运

6、动的多相流；缺点：界面特性包括不全，扩散和脉动特性难于处理。2.3 欧拉模型（Eulerian Model）欧拉一欧拉模型（Euler-Euler Model是两侈）相流中最复杂的两侈）相流模型， 也称为双流体模型。连续相与分散相被视为连续的一体。 欧拉一欧拉模型对每一 相都建立动量方程和连续性方程，通过压力和相间交换系数的藕合来计算求解。欧拉模型的应用包括气泡柱、颗粒悬浮以及流化床的模拟。有人将其成功地 应用欧拉-模型模拟了鼓泡塔中两（多）相流的模拟及气泡聚并和破碎 的影响。欧拉模型指的是欧拉一欧拉模型；把颗粒和气体看成两种流体，空间各点都有这两种流体各自不同的速度、 温度和密度，这些流体其

7、存在同一空间并相互渗透，但各有不同的体积分 数，相互间有滑移；颗粒群与气体有相互作用，并且颗粒与颗粒之间相互作用，颗粒群紊流 输运取决于与气相间的相互作用而不是颗粒间的相互作用；各颗粒相在空间中有连续的速度、温度及体积分数分布。几种多相流模型的选择VOF模型适合于分层流动或自由表面流；Mixture和 Eulerian模型适合于流动中有混合或分离， 或者离散相的体积份 额超过10% 12%的情况。Mixture模型和Eulerian模型区别如果离散相在计算域分布较广，采用Mixture模型；如果离散相只集中在 一部分，使用Eulerian!型；当考虑计算域内的in terphase drag

8、laws时，Eulerian模型通常比Mixture模型能给出更精确的结果；从计算时间和计算精度上考虑。精品拉格朗日法着眼于流体的质点，基本思想是跟踪每个流体质点在流动过程中的 运动全过程，记录每个质点在每一时刻、每一位置的各个物理量及变化。 在拉格 朗日方法中，FLUENT 将主体相视为连续相，稀疏相视为离散颗粒，主体相用欧拉法，而离散 相利用拉格朗日法进行粒子跟踪， 这就是所谓的欧拉一拉格朗日模型。 此模型中 需要离散相体积含量不超过 15%，离散相和主体相都有自己的压力、粘度及湍流 扩散稀疏参数， 并在拉格朗日坐标系中考察离散相颗粒的运动轨迹。 该模型能详 细地分析粒子 / 液滴间的作用

9、力以及流体间复杂的作用力，避免了应用大量的经 验关系，又避免了离散相数值解的扩散问题， 虽然计算量庞大， 但是相对欧拉模 型来讲， 精度要更高一些。 比较了各种模型， 认为离散相模型能更准确地模拟气 固两相流动，能更好的跟踪固体颗粒、气泡、液滴在连续相中运动轨迹。3.选择基本原则通常，你一旦决定了采用何种模式最能符合实际的流动， 那么就可以根据以 下的原则来挑选最佳的模型。? 对于体积率小于 10的气泡、液滴和粒子负载流动，采用离散相模型。? 对于离散相混合物或者单独的离散相体积率超出 10的气泡、液滴和粒子负 载流动，采用混合物模型或者欧拉模型。? 对于活塞流，采用 VOF 模型。? 对于分

10、层 / 自由面流动，采用 VOF 模型。? 对于气动输运，如果是均匀流动，则采用混合物模型；如果是粒子流，则采用欧拉模型。? 对于流化床，采用欧拉模型模拟粒子流。? 对于泥浆流和水力输运，采用混合物模型或欧拉模型。? 对于沉降，采用欧拉模型。? 对于更加一般的，同时包含若干种多相流模式的情况，应根据最感兴趣的流动 特征，选择合适的流动模型。此时由于模型只是对部分流动特征做了较好模拟， 其精度必然低于只包含单个模式的流动。Flue nt软件中对喷雾这类气液两相流问题的模拟主要采用其自带的离散相模 型(DPM Discrete Phase Model)此模型是以欧拉一拉格朗日方法为基础建立 的。它

11、把流体作为连续介质，在欧拉坐标系内加以描述，对此连续相求解输送 方程，而把雾滴颗粒群作为离散体系，通过积分拉氏坐标系下的颗粒作用力微 精品分方程来求解离散相颗粒的轨道，可以计算出这些颗粒的轨道以及由颗粒引起 的热量/ 质量传递。同时，在计算中， 相间耦合以及耦合结果对离散相轨道、连 续相流动的影响均可考虑进去。当计算颗粒的轨道时，Flue n跟踪计算颗粒沿轨 道的热量、质量、动量的得到与损失，这些物理量可作用于随后的连续相的计 算中去。于是，在连续相影响离散相的同时，用户也可以考虑离散相对连续相 的作用。交替求解离散相与连续相的控制方程，直到二者均收敛(二者计算解 不再变化)为止，这样，就实现

12、了双向耦合计算。在采用 FLUENT 中的离散相模型时， 需要定义每个粒子尺寸以及温度。 这 些初始条件以及有关离散相物理性质的输入量 / 质量计算的必要条件。轨迹以及 热量/ 质量传递的计算是粒子的对流或辐射传热、质量传递以及粒子在流场运动 时的。而预测所得的轨迹以及相关的质量、热量传递可以通过 1稳态问题建立及求解程序纲要 建立和求解稳态离散相问题的一般程序如下所示 :(1)求解连续相流动；(2) 生成离散相的入射 ;(3) 根据需要选择是否连续相与离散相关联求解 ；(4) 用画图或者提取数据来跟踪离散相入射。2非稳态问题建立及求解程序纲要 建立和求解非稳态离散相问题的一般程序如下所示 :

13、(1)生成离散相入射；(2) 初始化流场 ；(3) 取合适的时间步长数目进行求解。随着求解的进行，粒子的位置将会被更新。利用Flue nt自带的空气雾化喷嘴模型预测雾化颗粒的颗粒行为。首先假设不带颗粒的空气为连续相， 对其进行单相模拟。 之后，假设雾化喷嘴喷出的甲烷颗 粒为离散相，进行了气液两相耦合模拟。单相稳态模拟的基础上打开DPM模型(Discrete Phase Model )加入离散相甲烷雾滴进行两相耦合模拟， 重点介 绍了 DPM中参数的设定。1 打开 DPM 模型利用 Define/Models/Discrete Phase Model打开 DPM，本文截取了 Discrete P

14、haseModel设置面板的一部分，对其中参数的设定进行详细的分析，如图1所示。Discrete Phase Model精品Tmckiwg 卩旳1Interaction with Continuous PhaseSlumber of Continuous Phase i te rations per DPM IterationOptionsJ Thermophoretic ForceIWMax. Number Of StepsJ Specify Length ScaleStep Length FactorFt )图 1 Discrete Phase Mode 面板当模拟两相耦合过程时，用户应该

15、首先计算得到收敛或部分收敛的连续相流 场，然后再创建喷射源进行耦合计算。在每一轮离散相的计算，FLUENT计算 颗粒/液滴轨迹并且更新每一个流体计算单元内的相间动量、热量以及质量交换 项。然后，这些交换项就会作用到随后的连续相的计算。 耦合计算时FLUENT在连续相迭代计算的过程中，按照一定的迭代步数间隔来计算离散相迭代。直到连续相的流场计算结果不再随着迭代步数加大而发生变化（即,达到了所有的收敛标准），耦合计算才会停止。当达到收敛时，离散相的轨迹也不再发生变化（若离散相轨迹发生变化将会导致连续相流场的变化）。耦合计算的设定步骤如下：1. 计算连续相流场；2. 在 Discrete Phase

16、 Model pane面板中，激活 In teraction with Contin uous Phase选 项；3. 在 Number Of Co ntin uous Phase Iteratio ns Per DPM Iteratio n 文本框中设定颗粒 轨迹的计算频率（即连续相迭代多少步，就进行一轮离散相的计算）。若用户设 定此参数为5,即意味着在连续相进行了五步迭代之后，就开始离散相的迭代计 算。两个离散相计算中间应该间隔多少连续相的迭代步，要视用户问题的物理意 义而定。需要注意的是，【*若此参数设定为0,那么FLUENT将不进行离散相的计算。】另外，图1中绿色圈的2个参数是 最大计

17、算步数（Max. Number Of Steps和 积分尺度（Length Scale 。最大计算步数（Max. Number Of Steps是用积分方程（1）, （2）求解颗粒轨道 时，允许的最大时间步数。当某个颗粒轨道计算达到此时间步数时，FLUENT就自动中止了此颗粒的轨道计算，输出时，此颗粒被标记为“in complete ”对最大时间步数的规定消除了对某些在流场中不停循环的颗粒的无休止的计算。但是， 对于缺省的500步的最大时间步数，很多问题的计算都不止这么多。这种情况下，当颗粒信息在输出时被标记未完成，而实际颗精品粒并不是在流场中无休止的打转，那么，用户可以增加最大时间步数注值得

18、注意的是：设定上述各个参数的一个简便方法是，若用户希望颗粒穿越长度为D的计算域，那么用长度标尺乘以最大积分时间步数，其结果应该大致等于D，即等于所设定的 Number Of Continuous Phase Iterations Per DPM Iteration勺值。2 创建 injectio n通过 Define/injection/create 进入创建injection面板，如下图所示：在Injection Type中选择射流源类型，本文选定空气雾化喷嘴（air-blast-atomizer）在Particle Typ中选择颗粒类型，本文选择 Droplet液滴 是一种存在于连续相气流

19、中的液体颗粒。它服从力的平衡并受到加热/冷却的影响（由 定律1确定）。此外，他还由定律2和3确定自身的蒸发与沸腾（请参阅User sGuide中的19.3.4）。只有传热选项被激活并且至少两种化学组份在计算中是被激 活的，或者已经选择了非预混燃烧或部分预混燃烧模型，液滴类型才是可选的。精品Pnint Ptopcrties Turbulenl DiKpeffiioneclar Inner Dim. |mSpralialfInjector Outer Diam. |m)Relative Velocity (m/s)JU当选择了液滴类型之后，用户应该使用理想气体定律来定义气相密度在空气辅助雾化模型里

20、，用户应直接设定液膜厚度，如图3所示。在Point Propertie面板上，设定喷口处液膜的内外半径，即液膜的厚度。另外，用户还必 须设定液膜与空气间的最大相对速度差和喷射角度，如图4所示。液膜离开喷口之后，它的初始轨道沿着设定的喷射角。注意：如果初始液膜的轨道指向中心线，Point Properties Turbulent DispersionAzimuthal Start Angle (deg)6那么，喷射角度为负值。3离散相边界条件的设定fallZone NamewallAdjacent Cell ZoneInuidThermal DPM Momentum Species Radiat

21、ion | UDS在 Discrete Phase Model Con ditio ns属性框下的 Bou ndary Co nd. Type 下拉框 中选择reflect, trap，或escape边界条件（在面板中，需要点击 DPM才能激活 Discrete Phase Model conditio）如图 5所示。FLUENT中的离散相缺省边界条件为：Spray Hall Angle (degjDiscrete Ptwsc Model ConditionsNormalouridary Cond TypeDi screte-ffha&-Bieflleclion CtLErttieiretie

22、dTangentCancel精品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 in lets速度入口 -velocity in lets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Bou ndary Co nditi ons面板打开的面板中可以设定离散相边界条件。当

23、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 pane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

24、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。DPM 模型的

25、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，模拟思路精品清晰，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。精品FLUENT 提供了如下的离散相模型选项：1. 使用Lagra ngian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

26、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 Phase Mode”l 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.

27、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Flue nt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 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

28、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 精品口和出口 ，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

29、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

30、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-fram（e 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!

31、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 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DefineModelsDiscrete Phase来打开DPM 模型的控制面板，精品2. 选中 in teract ion with Continu ous Phase3. 将 Number of Co ntin uous Phase Iteratio ns per DPM Iteration# 为 20；4. 选中 Specify Le

32、ngth Seal,将Length Scale置为0.01,注意 Length Scale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

33、Set InjectionProperties 面板，在此面板中设定颗粒的属性。7. 在Poi nt Properties下输入颗粒的各种参数；8. 在Turbulent Dispersion 下激活 Stochastic Tracking选项，将 Number of Tries 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。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

34、， 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。c)预混和燃烧模型 这一方法主要用于完全预混合的燃烧系统。 在这

35、些问题中， 精品完全的混合反应 物和燃烧产物被火焰前缘分开。 我们解出反应发展变量来预测前缘的位置。 湍流 的影响是通过考虑湍流火焰速度来计算得出的。d) 部分预混和燃烧模型 顾名思义，部分预混和燃烧模型就是用于描述非预混和燃烧和完全预混和燃 烧结合的系统。 在这种方法中， 我们解出混合分数方程和反应发展变量来分别确 定组分浓度和火焰前缘位置。模型选取的大致方针如下：(1)通用有限速度模型主要用于： 化学组分混合、 输运和反应的问题； 壁面或者 粒子表面反应的问题(如化学蒸汽沉积)。(2)非预混燃烧模型主要用于：包括湍流扩散火焰的反应系统，这个系统接近化 学平衡，其中的氧化物和燃料以两个或者三

36、个流道分别流入所要计算的区域。(3)预混燃烧模型主要用于单一、完全预混和反应物流动。(4)部分预混燃烧模型主要用于：区域内具有变化等值比率的预混和火焰的情 况。由于在非预混燃烧中， 燃料和氧化剂以相异流进入反应区； 在预混燃烧系统 中，反应物在燃烧以前以分子水平混合，结合上述方针，对四角切圆煤粉锅炉 炉内燃烧过程我们应该选择非预混燃烧模型。我做的问题是蒸汽中水滴的汽化问题， 用的是 DPM 模型，但是在 injection 面 板里颗粒类型只有惯性颗粒， 而液滴和燃料颗粒不可选， 我想用液滴类型， 费了 很大力气，翻箱倒柜找资料： 只有传热选项被激活并且至少两种化学组分在计算 中是被激活的，

37、或者已经选择了非预混燃烧或部分预混燃烧模型， 液滴类型才可 选。然而我的问题是一种化学组分的两个状态，也不是燃料颗粒。 答案： 打开 model-species； 选择 species transport；下面的reaction不要选 ； 然后选择一个包含H20的mixture material默认的mixture-template就可以；然后在DPM属性设置中的particle type选择Droplet; 在 Materia中选 water-liquid;在 Evaporating Species中选 H20;精品（1）请问DPM模型的使用前提条件是什么？使用中有什么限制？ 答案：颗粒相体

38、积分数占气相体积分数小于 10%。此时可将颗粒相视为离散相， 可用DPM，否则可视为连续相（拟流体），采用两相流模型（Mixing Model、Euler Model）（2）那么颗粒相可以是液体吗 ? 答案：可以是液滴 ,你可以假设液滴为球形的 ,这样就可以了 还可以做一些其他假 设。（3） 在DPM模型中，在离散相的设定中采用surface颗粒分布rosin分布，计 算为稳态，计算完成后，在相同条件下利用 partical tracking 得出的分离效率均不 同，又是差别还比较大。请问是不是用这种方法不能得出分离效率， 或者flue nt这 种计算随机性较大呢？答案：将射流源里面的 num

39、ber of tries 的值增大，发现这样可以看到湍流对于离 散相的影响， 你每点一次显示的值不一样， 也是因为湍流的影响， 多次的点击就 相当于将上面的值增大，不过是将多次的计算结果都显示在一个窗口上，（4） 当我将计算模型从segregated换成coupled的时候，在运行DPM计算模 型时，出现如下错误：Error: couldnt allocate fine level coefficient matrixError 0bject: （）请问如何消除？如果换回 segregate，d 问题又没有了，我想是不是使用 coupled（solver）的时候另有设置？答案：我的理解， 既然

40、选定的解算器， 就已经决定了求解的方式： 是分别求出各变 量（segregate，还是所有方程联立共同求出各变量（couplec）。但你从segregate 变为 coupled 时，是否考虑了有时，这两个是不可以相互交换的？比如用 segregate时，可以不考虑能量方程，而从连续方程和动量方程求解出压力速度 场，然后再求解出温度场，这样这几个参数不是相互依赖的关系。而用 coupled 是，方程是耦合的，必须同时求解。我想，大概出现问题的原因在这里。（5） 使用segregated时可以不考虑能量方程，那是不是也可以考虑，还有在solver 中选定 energy 一项，是不是就算考虑了能量

41、方程？答案：这里说的是求解过程中，比如温度变化不大时，粘度可以认为是常数，这 样流体运动不受温度场的影响， 流场可以独立于温度场求解， 这时， 可以先从连 续方程和动量方程中求解出速度和压力来， 然后带入能量方程中求出温度来。 并 不是说不考虑能量方程，只是它们间的相互作用可以不考虑。也就是说将运动 和传热问题分开来分析了。所以叫segregated而coupled,是由于几个因素相 精品互影响不能忽略，比如粘度时温度和函数。等等，必须同时考虑，所以在求解 时,要同时解出来,不分先后。所以叫耦合。（6） 在 DPM （ discrete phase model 中，有分散相（particle）

42、位置定义，即 first position和last position,请问各位这两项分别代表什么，要是需要定义多个particle 的位置，该怎么操作？答案：first position 是你选 group 时第一个喷口的位置， last 嘛就是最后那个了 你想定义多个的话，就多产生几个 injection 好了啊（7） 我用 DPM 模型模拟粉尘在湍流中的扩散，现有关于离散相参数设置的问 题不明， 就是在设置两相耦合设置的时候， Number Of Continuous Phase Iterations Per DPM Iteration 也就是迭代计算的时间间隔数应该设多少？如果太大是不

43、是 耦合的不好，而太小对连续相影响太大，引起波动不容易收敛。答案：Number Of Continuous Phase Iterations Per DPM Iteration我通常设为 20 次（ 8）我用颗粒云模型计算出来的结果跟用随机轨道模型的结果不同啊，颗粒云 中的最小颗粒群半径应该是 0 吧，那么设置不同的最大颗粒群半径结果也有很 大差异，现在关键是颗粒云模型的最小以及最大颗粒群半径应该设多少， 这个数 如果大于某个数值结果就都一样了，如果较小对结果影响就很大答案：用颗粒云模型计算出来的结果跟用随机轨道模型的结果不同。 这很正常啊， 因为两者的模拟方式不同， 怎可能期待会有相同的結果

44、？设置不同的最大颗粒群 半径结果也有很大差异， 這也是很合理的！顆粒的大小本来就会影响流场的性质。 我发现耦合的时间间隔对结果的影响不是很大，那么设 10，20 也都差不多。关 键是颗粒云模型的最小以及最大颗粒群半径应该设多少？顆粒半径的大小， 应该取决于要模拟的物体其半径有多大（可以估计）。壁面热边界条件中的所有参数结合不同的壁面种类进行说明：一、主要壁面边界参数的说明1、 壁面厚度（Wall Thickness指定流场中Wall的厚度，默认值0,作为0厚度的Wall 来处理。当给定厚度的时候，因为壁本身有一定的面积，它和厚度的乘积 得到Wall的体积，由于固体材料有一定的热容，所以这样设置

45、后Wall条件就有一定的热吸收和贮存的能力 。一般来讲， 如果在建模时把较厚的壁简化成壁面的 话，有时就要考虑这种壁面的热吸收和贮存效应。2、 壁面热产生率（Heat Generator Rate :单位体积的Wall产生的热量。这里不 精品要误解，因为和壁面的厚度配合使用 ，所以它是体积单位的倒数。 如果壁面厚度 为0，这个壁面热产生率也就没有意义了， 因为有厚度的壁面才是有体积的壁面。一般来讲，这种条件用来处理总的发热流率已知，均匀壁面散热问题。 注意:这两个条件和具体的壁面种类选取无关，故放在前面，单独分析。3、 热流壁（Heat Flux）：这是一个最常用的壁面条件，给定壁面的热流，通

46、过计算 可以得到壁面的温度。 （*如果热流为 0，就是简单而著名的 绝热壁条件 。 ）4、 温度壁（Temperature :这个温度壁可以简单的 给定常数温度，形成恒温壁， 也可以用 UDF 等指定随时间变化的温度。这种条件下，可以得到整个流场对壁 面的热流率。5、 对流壁（Convection）:对流壁要求指定外部热对流系数 （External Heat Transfer Coefficient ） 和外部参考温度（ External Heat Sink Temperature ,它的物理意义 是，相当于在流场外， 也就是壁面外指定一个给定温度和对流系数的对流源， 它 们向流场内通过对流的

47、方式传输热流。特别要注意的是，在对流壁的界面中，它们分别写成 Heat TransferCoefficie nt 和 Free Stream Temperatu。6、 辐射壁(Radiation):辐射壁要求指定外部辐射系数 (Emissivity of The External Wall Surface 和外部辐射参考温度( Temperature of The Radiation Source or Sink On The Exterior),它的物理意义是，相当于在流场外，也就是壁面外指定一个给 定温度和辐射系数的辐射源，它们向流场内通过辐射的方式传输热量。特别要注意的是，在辐射壁的界面

48、中，它们分别写成External Emissivity和External Radiation Temperature7、 对流和辐射混合壁(Mixed):这就是5和6中讲到的两种壁的混合，在这里就不 多讲了。8内部辐射系数(Internal Emissivity):当采用辐射模型计算流场热辐射的时候， 如离散坐标辐射模型(DO)等，在壁面条件中增加了这样一个参数。它是一个 控制壁面热辐射流率的参数。 它的选定根据固体材料的种类选定。 这可以查材料 手册得到。二、要明确的几个问题1 、外部辐射系数( External Emissivity )VS 内部辐射系数( Internal Emissiv

49、ity)。FLUENT 中采用这样两个相似的名字有它一定的道理，它们都是用来计算辐射 的时候要在总辐射能量的前面用到的一个系数。 但同时这样的命名也给理解造成 精品了一定麻烦， 很容易混淆。 要是从物理概念上理解这两个参数就不会弄混了。 外 部辐射考虑当在流场外有一个辐射源向流场辐射热量的时候而用到的参数， 也就 是说只有你选择辐射壁或者混合壁的时候这个参数才出现， 要根据流场外的辐射 源来确定这个参数。 内部辐射系数， 是在你考虑辐射模型的条件下才出现， 例如 在你选择 P1、 DO 等计算热辐射的时候， 所以这是一个根据壁面固体材料特性选 择确定的参数。特别要注意的是， 不同的固体材料差别

50、很大， 具体应用的时候查材料特性手册得 到。我要强调的是大家是做流体计算的， 好多人都忽略了固体材料的事情， 用默 认的万能的铝，什么都不改，有时这是很成问题的！ 2、壁面热产生率一定要和壁面厚度配合使用。3 、分清壁面条件中给定的都是什么温度， 用到的温度有三个:Temperature、Free Stream Temperatur和 Exter nal Radiati onTemperature特别要注意，只有第一个是给定了壁面的温度，后面两个分别给出自由流的参考温度和外部辐射源的参考温度。湍流的数值模拟 目前采用的数值计算方法可以大致分为以下三大类： 2.1直接模拟直接模拟就是用三维的非稳

51、态的纳维斯托克斯方程对湍流进行直接数值 计算的方法。 要对高度复杂的湍流运动进行直接的数值计算， 必须采用很小的时 间与空间步长，才能分辨出湍流的详细的空间结构以及变化剧烈的特性。因此， 湍流的直接数值模拟对计算机内存空间和计算速度的要求非常高， 目前还无法用 于工程数值计算。只有少数使用超级计算机的研究者才能从事这一类研究和计 算。2.2大涡模拟按照湍流的涡旋学说， 湍流的脉动与混合主要由大尺度的涡旋造成。 大尺度 的涡从主流中获得能量， 他们是高度的非各向同性， 而且随流动的情形而异。 大 尺度的涡通过互相作用把能量传递给小尺度的涡。 小尺度涡的主要作用是耗散能 量，它们几乎是各向同性的，

52、 而且不同的流动中的小尺度的涡有许多共性。 关于 涡旋的上述认识就导致了大尺度涡模拟的数值解法。 这种方法旨在用非稳态的纳 维-斯托克斯方程来直接模拟大尺度涡，但不直接计算小尺度涡，小涡对大涡的 影响通过近似的模型来考虑， 这种大涡模拟对计算机内存以及计算速度的要求虽 然仍比较高， 但远低于直接模拟的方法对计算机资源的要求， 在工作站上甚至个 人电脑上都可以进行一定的研究工作，因而近年来的研究与应用日趋广泛。精品2.3应用ReynoldS寸均方程的模拟方法在这类方法中将非稳态的控制方程对时间做平均， 在所得的关于时均物理量 的控制方程中包含了脉动量乘积的时均值等物理量， 于是方程的个数将小于未

53、知 量的个数，方程组不封闭。要使方程组封闭，必须做出建设，即建立模型。 在ReynoldS寸均方程法中，又有Reynold应力方程法及湍流粘性系数法两大类。 其中湍流粘性系数法是目前工程流动与数值计算中应用最广泛的方法。多相流模型和离散相模型的区别 两相流：通常把含有大量固体或液体颗粒的气体或液体流动称为两相流； 其 中含有多种尺寸组颗粒群为一个“相”， 气体或液体为另一“相”， 由此就有气液，气一固，液一固等两相流之分。两相流的研究：对两相流的研究有两种不同的观点： 一是把流体作为连续介 质，而把颗粒群作为离散体系；而另一是除了把流体作为连续介质外， 还把颗粒 群当作拟连续介质或拟流体。引入

54、两种坐标系：即拉格朗日坐标和欧拉坐标，以变形前的初始坐标为自变 量称为拉格朗日Langrangian坐标或物质坐标；以变形后瞬时坐标为自变量称为 欧拉Eulerian坐标或空间坐标。1离散相模型FLUENT在求解连续相的输运方程的同时，在拉格朗日坐标下模拟流场 中离散相的第二相；离散相模型解决的问题：煤粉燃烧、颗粒分离、喷雾干燥、液体燃料的 燃烧等；应用范围：FLUENT中的离散相模型假定第二相体积分数一般说来要小 于10-12%（但颗粒质量承载率可以大于10-12%,即可模拟离散相质量流率 等/大于连续相的流动）；不适用于模拟在连续相中无限期悬浮的颗粒流 问题，包括：搅拌釜、流化床等；颗粒-

55、颗粒之间的相互作用、颗粒体积分数对连续相的影响未考虑；湍流中颗粒处理的两种模型：Stochastic Tracking应用随机方法来考虑瞬 时湍流速度对颗粒轨道的影响；Cloud Tracking,运用统计方法来跟踪颗粒 围绕某一平均轨道的湍流扩散。通过计算颗粒的系统平均运动方程得到颗 粒的某个“平均轨道”精品FLUENT提供五种雾化模型：(1) 平口喷嘴雾化(plain-orifice atomizer)(2) 压力旋流雾化 (pressure-swirl atomizer)(3) 靶式雾化(flat-fan atomizer)(4) 气体辅助雾化(air-blast/air-assiste

56、d atomizer)(5) 气泡雾化(effervescent/flashing atomizer)用户可以在 Set Injection Properties面板中选择喷嘴类型及其相应参数 下面 就介绍各个喷嘴模型精品概述：所有的模型都是用喷嘴的物理及尺寸参数（例如喷口直径、质量流率）来 计算初始颗粒尺寸、速度、位置精品对于实际的喷嘴模拟来说， 无论是颗粒的喷射角度还是其喷出时间都是随机 分布的。但对 FLUENT 的非雾化喷射入口来说，液滴都是在初始时刻以一个固 定的轨道喷射出去 （到流场中去） 。喷雾模型中使用随机选择模型得到液滴的随 机分布。随机选择轨道表明初始液滴的喷射方向是随机的

57、。 所有的喷嘴模型中都要设 第初始喷射角 （范围） ，颗粒通过随机的方法在这个范围内得到一个初始喷射方 向。这种方法提高了由喷射占主导地位流动的计算精度。 在喷嘴附近， 液滴在计 算网格内的分布趋向于更加均匀， 这样，通过气相作用于液滴上的曳力就加强了 气相液滴之间的耦合作用。1. 平口喷嘴雾化（plain-orifice atomizer模型平口喷嘴是最常见也是最简单的一种雾化器。 但对于其内部与外部的流动机 制却很复杂。液体在喷嘴内部得到加速，然后喷出，形成液滴。这个看似简单的 过程实际却及其复杂。平口喷嘴可分为三个不同的工作区：单相区、空穴区、以 及回流区。不同工作区的转变是个突然的过程

58、，并且产生截然不同的喷雾状态。 喷嘴内部区域决定了流体在喷嘴处的速度、初始颗粒尺寸、以及液滴分散角。2. 压力旋流雾化喷嘴模型另一种重要的喷嘴类型就是压力旋流雾化喷嘴。 气体透平工业的人把它称 作单相喷嘴（ simplex atomize）r 。这种喷嘴，然后流体通过一个称作旋流片的喷 头被加速后，进入中心旋流室。在旋流室内，旋转的液体被挤压到固壁，在流体 精品中心形成空气柱， 然后，液体以不稳定的薄膜状态从喷口喷出， 破碎成丝状物及 液滴。在气体透平、燃油炉、直接喷射点火式汽车内燃机的液体燃料燃烧中，压力旋流雾化喷嘴使用很广泛。液体从内部流到完全雾化的过程可分为三个步 骤：液膜形成、液膜破碎

59、及雾滴形成精品3. 空气辅助雾化模型：为了加速液膜的破碎， 喷嘴经常会添加上辅助空气。 液体通过喷座的作用形成液膜 ,空气则直接冲击液膜以加速液膜的破碎。这种雾化被称为空气辅助雾化 或气泡（精品air-bias）迸裂雾化（依赖于空气量及其速度）。通过辅助空气的作用，可以得到更小的雾滴。 这种提高雾化质量的作用机制并不清楚。 一般的看法是， 辅助 空气加剧了液膜的不稳定性。 同时，空气有助于液滴的分散， 防止液滴间的碰撞。 空气雾化喷嘴同压力旋流雾化喷嘴一样被广泛应用， 尤其是用在要求雾化粒径 很小的场合。FLUENT 中的空气雾化模型由压力旋流雾化模型所衍生。 有个不同点是， 在空气辅助雾化模

60、型里， 用户需要直接设定液膜厚度。 因为空气雾化喷嘴的液膜 形成机制很多， 所以必须要有此设定。 这样， 在空气辅助雾化喷嘴模型里就没有 压力旋流雾化模型里所具有的液膜形成方程。用户还必须设定液膜与空气间的最大速度差。 尽管这个量可以计算出来， 但 设定一个值之后用户就可以不必计算喷嘴的内部流动了。 这个特点对大区域 （喷 嘴相对很小）的流动模拟很方便。其他方面的设定与压力雾化喷嘴模型的一样。 用户必须设定质量流率和喷 射角度。 液膜离开喷口之后， 它的初始轨道沿着设定的喷射角。 如果初始液膜的 轨道指向中心线， 那么，喷射角度为负值。 用户还需要设定喷口处液膜的内外半 径。空气辅助雾化模型不