Fluent颗粒冲蚀现象的模拟

本案例演示利用Fluent中的DPM模型计算矩形通道中的颗粒流动以及槽道受颗粒冲蚀情况。

注:本案例模型及数据来自STAR CCM+文档。

1 问题描述


  标准压力(1 个大气压)下的空气以 10 m/s 的速度进入通道。流体在通过部分阻塞的 90 度弯管后,从竖直出口流出。空气中包含有均匀分布的固体颗粒,进气中的颗粒体积流量为 6.4516 x 10–7 m3 /s。颗粒属性如下:
 

  • 密度:1200 kg/m3
  • 直径:40微米
  • 初始速度:(10, 0, 0) m/s

  •   假定管道壁面绝热和无滑移条件。使用默认的 K-Epsilon 模型为湍流建模。忽略从壁面完全回弹的所有颗粒和重力影响。计算模型如图所示。
     



  计算网格如下图所示。
 



2 Fluent设置

2.1 General设置

  • 激活选项Gravity,设置重力加速度为Y轴-9.81 m/s2



2.2 Models设置

  • 激活选用Realizable k-epsilon湍流模型



  • 激活DPM模型,采用双向耦合



  • 设置入射器,如下图所示



  • 激活Discrete Random Walk Model,设置Number of Tires为10



2.3 Materials设置

  • 修改材料anthracite密度为1200 kg/m3



2.4 边界条件设置

  • 设置入口速度为10 m/s



2.5 初始化计算

  • 进行初始化计算



2.6 迭代计算

  • 设置迭代300次


3 DPM计算结果

  • 颗粒轨迹分布如下图所示


  • 速度分布如下图所示


  • 颗粒浓度分布如下图所示


  • 导出颗粒数据文件


  • 选择要导出的颗粒数据


  • 在CFD-Post中查看颗粒轨迹,如下图所示


4 冲蚀计算

4.1 激活冲蚀模型

  • 如下图所示激活Erosion/Accretion模型


4.2 壁面边界设置


本例的壁面边界wall中主要需要设置DPM标签页下的内容。
 

  • 双击模型树节点Boudnary > default_boundary_region弹出壁面边界设置对话框
  • 切换至DPM标签页


需要设置的内容:
 

  • Normal:法向反弹系数 本案例定义法向反弹系数为:


  • 点击Normal后方的Edit...按钮,定义方式如下图所示:


  • Tangent:切向反弹系数 本案例定义切向反弹系数为:



  • 激活选项General Model,点击后方Edit...按钮弹出通用冲蚀模型参数定义对话框


采用下图所示方式进行定义:

  • Impact Angle Function:冲击角函数。冲击角函数采用分段线性方式进行定义,数据如表所示。
PointAngleValue
100
2200.8
3301
4450.5
5900.4


采用下图方式进行定义:


  • Diameter Function:粒径函数,本案例取1.8e-9
  • Velocity Exponent Function:速度指数函数,本案例取2.6,如下图所示。


4.3 初始化并计算

  • 进行初始化计算


4.4 计算结果

  • 冲蚀率分布如下图所述



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