FLUENT与EDEM联合计算案例：颗粒与流体互动分析

此测试案例是EDEM官方提供的。

软件设置分为两部分，其中包括在FLUENT设置和EDEM设置，计算模型可以采用同一模型，也可以采用不同的网格模型，这里采用同一套网格模型。（EDEM可以读入msh文件）。

1 案例描述

案例模型很简单，如下图所示的交叉管，流经模型的介质包括连续相的水和颗粒相。

2 FLUENT设置

2.1 导入网格文件

• 启动FLUENT，利用菜单File | Read | Mesh…导入网格文件intersection_vertical.msh
• 选择General面板中的Scale…按钮，确保网格模型尺寸，如下图所示。
  
  

2.2 General面板及Material

• 设置Time为Transient，采用瞬态计算
• 设置Z轴方向重力加速度-9.81
• 添加材料water-liquid
  

2.3 Cell Zone Conditions

• 设置Cell Zone Conditons里头的区域介质为water-liquid，如下图所示。
  

2.4 Boundary Conditions

• 设置inlet边界入口速度为5m/s，如下图所示
  

2.5 Models

• 采用标准k-epsilon模型计算
  

2.6 加载EDEM宏

• 打开user-defined > Functions > Manage…
  
• 在library Name中输入udf所在路径，点击load按钮加载udf宏
  

• 加载完毕后，在Models树节点下出现EDEM子节点，如下图所示
  
  
  

点开来看，设置对话框如下图所示。


此对话框一会儿再设置。现在转入EDEM设置。

3 EDEM设置

3.1 设置模型描述

• 启动EDEM，点击菜单**File > Save”，在弹出的文件保存对话框中保存工程文件，默认名称New EDEM input deck.dem
• Global标签页中，设置Title为2-phase Eulerian

3.2 设置材料

• 创建新的材料“Particle”，设置材料属性如图所示。
  
• 单击 Transfer 按钮打开 Material/Interactions Transfer 对话框.
• 从材料数据库中 Transfer steel 到 simulation。
• 设置 material interactions， particle – particle 和 particle – steel，使用默认值

3.3 定义颗粒

1. 单击颗粒标签。
2. 单击 + 按钮输入名字 „Eulerian particle‟。
3. 设置半径 2mm。
4. 设置 X 为-0.5 mm。
5. 单击+创建一个新的表面。
6. 设置半径为 2mm。
7. 设置 X 为 0.5 mm。
8. 颗粒的材料为’particle’。
9. 点击 lculate Properties，自动计算出颗粒的质量、体积等属性。

3.4 定义几何

• 定义几何材料

1. 打开 Geometry 标签。点击Import…按钮，导入网格文件intersection_vertical.msh
2. 在 Details 标签中，选择材料为 steel。

• 创建颗粒工厂几何

1. 单击+按钮选择 polygon，命名 “factory”。
2. 在 Details 中选择 Virtual。
3. 选择 Polygon 按钮，设置如下：
   

3.5 创建颗粒工厂

• 创建颗粒工厂、设置颗粒工厂类型

1. 点击 Fcatories 标签。
2. 点击+按钮，添加一个新的颗粒工厂。
3. 设置工厂类型为 Dynamic。
4. 选择 Unlimited Particles。
5. 选择速率 to 2.5e3 particles/s。

• 设置初始条件

1. 在下拉菜单中确定选择„factory‟ 。
2. 选择速度为 linear 或者 spray 点击设置按钮。
3. 设置速度大大小 z=5m/s。
   
        固相的设置已经完成。
   

3.6 求解器

• 设置时间步长

1. 点击 Simulator 标签。
2. 设置时间步长为 39%。
   

调整时间步长为 8e-5s。 EDEM 里面的时间步长与 Fluent 里面的时间步长比例一般在 1:1 到 100:1 之间。 EDEM 时间步长不能大于 Fluent 的时间步长。

• 设置 data write-out frequency

1. 设置 write out frequency 为 0.01s。
   
   如果有必要按时返回，从一点重新进行模拟，自动保存 case 和 data 必须在 fluent 选 择。

设置网格

1. 设置网格尺寸为 3.5 Rmin。这将生成约 60,000 网格。

• 跟踪碰撞

1. 标记 Track Collisions 。
   

3.7 启动耦合器

• 选择菜单Tools > EDEM Coupling Options > Show Coupling Server
• 在右下角对话框中点击按钮Start，之后EDEM处于监听状态
  

4 fluent其他设置

返回到FLUENT中继续设置

• 设置 2-phase 模拟

1. 选择 Eulerian 作为耦合方法。
2. 选择”fluid‟ 。
3. 设置 sample points 为 10。 如果 sample points 为 10， 一个大的颗粒可以在 10 个网格中传输。增加 samplepoints 的大小，增加了模拟的稳定性但是减少了速度。
4. 设置 momentum („MTM‟) under-relaxation 为 0.7。 减少松弛因子增加了模拟的稳定并且更加容易收敛。然而可能会使用到更多的迭代来实现收敛 。
5. 设置 volume under-relaxation 为 0.6。
6. 点击Open按钮，选择New EDEM input deck.dem文件
7. 点击 OK。

此时看TUI输出窗口信息如下图所示，表示已经成功耦合。

    此时看EDEM中耦合服务器状态，如下图所示。已经成功耦合。

• 初始化、设置文件选项

1. 初始化。
   a) 选择 Solve > Initialize > Initialize。
   b) 选择 Compute from Inlet, 单击 Init t。

2.设置 autosave case and data option 为 25。

a) 选择 File > Write > autosave。

b) 设置为 25。时间步长为 2e-3 s，即数据文件每隔 0.05s 保存一次。

1. 点击 File > Write > Case & Data 保存 case(.cas)和 data (.dat)文件。 .dat 文件包含了在 0s 点的几何、边界条件和其他液相（固相）信息。这个文件包含了几何、边界条件和其他仿真参数。 在仿真过程中， case 和 data 自动保存， EDEM 的文件也自动保存。

• 在 Fluent 设置时间

1. 选择 Solve > Iterate，设置时间步长为 2e-3. 。这个味 EDEM 的时间步长的 25 倍。
2. 设置时间步数为 500 步。也就是说仿真一共进行 1s。
3. 设置每个时间步长的迭代步数为 60.对于 Eulerian-Eulerian 仿真，步数为 50-200。
4. 选择 Iterate 开始模拟仿真。 EDEM 将会自动运行。

5 后处理

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