搜索FLUENT模擬氣泡的破碎與凝聚
2016-08-19 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
[本例來自于Fluent 13.0官方教程]
FLUENT的附加模型population balance model可以用于計(jì)算氣泡流的破碎及匯聚。本例使用歐拉多相流配合PBM模型模擬氣泡在流動(dòng)過程中的破碎及凝聚現(xiàn)象。
1、模型描述
計(jì)算域幾何如圖1所示。采用如圖所示的圓柱形容器。氣泡從底部inlet入口進(jìn)入,從outlet出口流出。幾何尺寸如圖所示。由于本例的軸對(duì)稱特征,因此采用軸對(duì)稱模型。注意:FLUENT的2D軸對(duì)稱模型要求對(duì)稱軸為x軸。計(jì)算域模型如圖2所示。Axis沿著x軸方向,后邊的重力加速度即沿著x軸負(fù)方向。劃分網(wǎng)格,生成msh文件。
圖1 幾何模型
圖2 計(jì)算域模型
2、導(dǎo)入網(wǎng)格
打開Fluent 14.0,讀入上一步生成的msh文件。Scale計(jì)算域,檢查是否在正確的尺寸上。選擇[Transient]模擬,設(shè)置重力方向x軸負(fù)方向,并且設(shè)置2D Space為Axisymmetric。如圖3所示。
圖3 基本設(shè)置
3、選擇模型
激活PBM模型需要通過TUI命令。在TUI窗口中輸入define/models/addon-module,然后輸入yes回車即可激活PBM模型。
多相流模型選擇Eulerian模型,歐拉相數(shù)量為2。如圖4所示。
圖4 多相流模型
湍流模型選擇標(biāo)準(zhǔn)k-e模型,標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)。湍流多相流模型采用mixture,如圖5所示。
圖5 湍流模型
雙擊models中的population balance模型,選擇discrete,進(jìn)入圖6所示對(duì)話框,進(jìn)行如圖所示設(shè)置。
圖6 PBM設(shè)置
具體含義可以參考fluent PBM手冊(cè),這里簡(jiǎn)要的說明一下。
Kv為增長(zhǎng)因子,geometric ratio為幾何對(duì)數(shù)方法,與后面的ratio exponent相對(duì)應(yīng)。
Bins為直徑的數(shù)量,這里共有6組直徑氣泡,最小直徑0.001191,最大直徑是根據(jù)kv及ratio計(jì)算出來的。
勾選aggregation kernel及breakage kernel,選擇aggregation kernel方法為luo-model,這時(shí)會(huì)彈出表面張力系數(shù)設(shè)置,輸入0.07。
Frequency選擇luo-model方法,同樣設(shè)置表面張力系數(shù)0.07
OK,模型設(shè)置到此結(jié)束。
4、材料及相設(shè)置
添加材料water-liquid,材料屬性保持默認(rèn)。
設(shè)置water-liquid為主相,air為第二相。第二相的diameter方法為sauter-mean。若設(shè)置相在設(shè)置PBM之前,則PBM會(huì)自動(dòng)修改此項(xiàng)。
相間作用可以不用設(shè)置。
5、設(shè)置計(jì)算域
設(shè)置operating conditions,設(shè)置參考密度為空氣密度1.225,如圖7所示。
圖7 operating conditions設(shè)置
6、邊界條件設(shè)置
確保axis邊界類型為axis。
所有的wall邊界保持默認(rèn),即no slip壁面邊界。
(1)Velocity inlet邊界:
設(shè)置mixture相:如圖8所示,設(shè)置湍流參數(shù)。
圖8 入口mixture相設(shè)置
設(shè)置air相:
設(shè)置momentum標(biāo)簽頁(yè)下的速度為0.02m/s。進(jìn)入multiphase標(biāo)簽頁(yè),進(jìn)行如圖9所示設(shè)置。
圖9 入口設(shè)置
設(shè)置volume fraction為1,表示進(jìn)入的全部為air。
設(shè)置bin-3-fraction為1,其他全部為0。表示進(jìn)入的氣泡粒徑為bin-3。
(2)設(shè)置pressure outlet邊界
Mixture相:如圖10進(jìn)行設(shè)置。
圖10 出口邊界
Air相:
與入口air相類似,只需要設(shè)置multiphase標(biāo)簽頁(yè),如圖11所示。設(shè)置backflow volume fraction為1,設(shè)置bin-3-fraction為1,表示出口全為bin-3粒徑的air。
圖11 出口設(shè)置
7、求解控制
Solution methods及solution controls并沒有特殊要求,可以采用默認(rèn)設(shè)置。
可以利用坐標(biāo)創(chuàng)建點(diǎn),利用Monitor檢測(cè)指定粒徑的氣泡含量,如圖12所示。
圖12 監(jiān)測(cè)
本例檢測(cè)點(diǎn)(1.5,0)位置的bin0,bin3,bin5體積分?jǐn)?shù)。
用戶可以自己定義監(jiān)測(cè)位置及檢測(cè)變量。
8、初始化
設(shè)置湍動(dòng)能0.1,湍流耗散率0.25,air bin-3-fraction為1,點(diǎn)擊initialize進(jìn)行初始化。
同時(shí)還需要patch區(qū)域。
進(jìn)入菜單【adapt】>【Region…】,如圖13所示對(duì)話框進(jìn)行設(shè)置。所標(biāo)記的區(qū)域位于(1.8,0)與(2,0.145,)之間。即高度1.8m以上區(qū)域。我們patch該區(qū)域全為粒徑bin3的氣體。
圖13 區(qū)域標(biāo)記
點(diǎn)擊patch按鈕,進(jìn)入如圖14所示對(duì)話框。
圖14 patch區(qū)域氣泡粒徑
圖15 patch區(qū)域體積分?jǐn)?shù)為氣體
9、求解計(jì)算
設(shè)置time step size為0.01s,設(shè)置number of time steps為5000,同時(shí)設(shè)置max iterations/Time step為100,如圖16所示。
圖16 求解計(jì)算
10、計(jì)算后處理
可以觀察氣泡粒徑分布云圖等,如圖17所示為氣泡粒徑分布。
圖17 粒徑分布云圖
也可以查看整個(gè)計(jì)算域空間不同粒徑氣泡數(shù)量直方圖分布。
圖18 直方圖設(shè)置
圖19 直方圖顯示
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