《Fluent软件应用-流化床气泡行为的数值模拟》由会员分享，可在线阅读，更多相关《Fluent软件应用-流化床气泡行为的数值模拟（23页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、Fluent 软件使用实例 软件使用实例 2 流化床气泡行为的数值模拟流化床气泡行为的数值模拟 实例提供 韩路长实例提供 韩路长 Email han lulu 119 介介 绍绍 该实例的目的是为了说明多相流模拟的设置和求解过程 在这个实例 中 我们将了解如何运用 Fluent 软件 版本 6 1 来实现气固两相流 的计算 本实例将使用欧拉粒状 Eulerian granular 多相流模型 来 求解时间相关瞬时问题 并在时间相关计算中采用自动存档方式来存 储数据文件 问题描述问题描述 如图 1 初始静止粒状流化床中气泡行为的模拟为一个时间相关问题 运用欧拉多相流模型可以模拟出中心射流的气泡形
2、成及破裂过程 由 于中央气流速度远高于周围气速 这样就会在流化床中形成大气泡 大气泡的形成有利于加强气固之间的传质和传热 本示例的流化床高 度为 0 6 米 宽为 0 4 米 网格分布为 60 40 固粒初始静止时 空 气占据床层上半部 下半部填充了密度为 2660kg m 3 颗粒直径为 0 0005m的固体颗粒 初始分率为 0 55 其余为空气 从床层底部中 心通入气速为 3 2m s的空气 底部其余部分的气速为 0 25m s 图 1 问题描述 前期准备 前期准备 运行 Fluent 将出现版本选择窗口 选 2d 点击 Run 即可进入主程序界 面 在进入 Fluent 主程序界面后 可
3、进行以下步骤 步骤步骤 1 读入和显示网格 读入和显示网格 1 读入网格文件 bed msh a 在文件夹菜单中 选择 bed msh 文件 b 点击OK 2 显示网格 a 选择所有 Surfaces b 点击 Display 然后关闭 Close 该窗口 图 2 网格显示 步骤步骤 2 模型选择 模型选择 Define Models 1 求解器设置 a 在 Time 栏中勾选 Unsteady b 点击 Ok 2 选择欧拉 Eulerian 多相流模型 相数 Numbers of Phases 设为 2 2 选择湍流模型 a 在 Model 选项栏中 选择 k epsilon 模型 b 在
4、k epsilon Model 选项栏中选择 Standard c 在 k epsilon Multiphase Model 选项栏中选择 Dispersed d 点击 OK 步骤步骤 3 物性与相的指定 物性与相的指定 1 定义空气的物性 a 在 Name 栏中输入 air Density 栏中输入 1 293 在 Viscosity 栏中输入 1 75e 05 b 点击 Chang Create 2 定义固体颗粒的物性 a 在 Name 栏中输入 solid Density 栏中输入 2660 b 点击 Chang Create c 此时会弹出一对话框 提示是否覆盖空气材料 选 No d
5、点击 Close 关闭材料窗口 2 定义气固两相属性 a 在 Phase 栏中 选 phase 1 点击 Set b 在 Name 栏中输入 air 在 Phase Material 下拉菜单中选 air c 点击 OK d 在 Phase 栏中 选 phase 2 点击 Set e 在 Name 栏中输入 solid 在 Phase Material 下拉菜单中选 solid 在 Properties 面板中 在 Diameter 栏中输入 0 0005 在 Granular Viscosity 下拉菜单中选 syamlal obrien 在 Granular Bulk Viscosity
6、下拉菜单中选 lun et al 在 Packing limit 栏中输入 0 60 f 点击 Ok 3 定义气固两相耦合作用 a 点击 Interaction b 在 Drag Coefficent 下拉菜单中选 gidaspow c 点击 Ok 4 考虑重力的影响 a 在 Gravity 栏中激活 Gravity 在 Gravitational Acceleration 中的 Y 栏中 输入 9 81 b 点击 Ok 步骤步骤 4 边界条件的指定 边界条件的指定 a 在 Zone 栏中 选 central inlet 在 Phase 下拉菜单中选 air b 点击 Set c 将弹出面板设
7、置成与上图一致即可 d 点击 Ok e 在 Zone 栏中 选 peripheral inlet 在 Phase 下拉菜单中选 air f 点击 Set g 将弹出面板设置成与上图一致即可 h 点击 Ok 点击 Close 关闭 Operation Conditions 窗口 由于 Fluent 默认固体颗粒的进口速度为零 所以这里不需要再设置 对于压 力出口 一般不需要作其他设置 保持默认即可 压力出口条件只允许连续相即 气体溢出 步骤步骤 5 求解设置 求解设置 1 设置松弛因子和离散格式 a 在 Under Relaxation Factors 栏中 将 Pressure 的松弛因子设为
8、 0 5 Momentum为0 2 Turbulence Kinetic Energy与Turbulence Dissipation Rate 均为 0 6 Turbulent viscosity 为 0 8 其余的保持默认 值 b 在 Discretization 面板中 除压力 速度耦合采用 SIMPLE 算法外 其 余方程的离散均采用 QUICK 格式 c 点击 Ok 2 流场初始化 a 在 air Turbulence Kinetic Energy 和 air Turbulence Dissipation Rate 中输入 0 001 b 点击 Init 点击 Close 关闭 Sol
9、uion Initialization 窗口 3 初始固体颗粒填充率 a 在 Phase 下拉菜单中选择 solid 在 Variable 栏中选 Volume Fraction 在Zones To Patch栏中选packing particle layer 在Value栏中输入0 55 b 点击 Patch 点击 Close 关闭 Patch 窗口 4 设置残差 a 在 Options 栏中勾选 Plot 其它所有设置均保持默认即可 b 点击 Ok 步骤步骤 6 存档设置和开始迭代存档设置和开始迭代 1 存档设置 a 选择保存目录 b 在 Case Data 栏中输入 bed c 点击 O
10、k 2 自动存档设置 a 在 Autosave Case File Frequency 和 Autosave Data File Frequency 栏中均 输入 100 b 点击 Ok 3 迭代设置 a 将 Time Step Size 设为 0 0005 Numbers of Steps 为 5000 Max Iterations per Time Step 为 200 b 点击 Iterate Fluent 将开始迭代求解了 步骤步骤 7 后处理与分析 后处理与分析 可分别读入不同时刻存的 Data 文件 来显示不同时刻的计算结果 1 显示空气 或颗粒 的气含率和速度向量 图 3 0 2
11、0 秒时空气含率和速度矢量图 图 4 0 35 秒时空气含率和速度矢量图 图 5 0 45 秒时空气含率和速度矢量图 图 6 0 55 秒时空气含率和速度矢量图 图 7 0 65 秒时空气含率和速度矢量图 图 8 0 75 秒时空气含率和速度矢量图 图 9 0 85 秒时空气含率和速度矢量图 图 10 0 95 秒时空气含率和速度矢量图 图 11 1 35 秒时空气含率和速度矢量图 图 12 1 75 秒时空气含率和速度矢量图 图 13 1 95 秒时空气含率和速度矢量图 图 14 2 20 秒时空气含率和速度矢量图 2 射流流化床气泡特性描述 详情请参考 多相流反应工程 陈甘棠编 射流流化床
12、气泡特性描述 详情请参考 多相流反应工程 陈甘棠编 1 射流机理 Basov 等认为气体出孔后 会形成一射流 当射流速度小于气 泡上升速度时 气泡在射流顶部形成并脱离射流 形成单个气泡 而关于 流化床气体分布器上形成的是气泡还是射流 Clift 认为气泡和射流只是 同一现象的两种不同的描述方法 气泡是对瞬时状态的描述 而射流是对 时均结果的描述 在高速下 气体分布器上气泡发生频率约为 20Hz 约每 0 05 秒一个 而在这 0 05 秒时间间隔内 绝大部分时间气泡位于孔口长 大 气泡离开时间只占其中很少部分 所以如果摄像机曝光时间不是足够 短 就摄不到气泡离开分布器的瞬时状态 而总是摄到气泡
13、在孔口长大的 气泡 因而认为分布器上存在一个稳定的被称为射流的气体空穴 而气泡 是在射流顶部产生的 Rowe 所用的摄像机曝光时间是 0 001 秒 因此他可 以摄到在分布器上气泡形成的一个个气泡的照片 如果曝光时间为 0 01 秒 则摄到的为射流 因此 Clift 把分布器上形成的气体空穴当作周期 性产生的气泡还是射流 取决于我们所关心过程的时间尺度 如果我们关 心的是时间平均结果 则可用射流模型 如果关心的是瞬时极快过程 则 可用气泡模型 2 气泡的形状 通过对流化床内气泡的观察和摄象分析 目前多数研究者都 假定流化床内的单个理想气泡为球形 或球帽型 其底部有些上凹 称为 尾涡 且由于气泡
14、在乳化相中上升 因层流边界层的作用和表面张力的原因 气泡外还包围着一由气固组成的薄层 称为气泡云 是气固流化床内的气泡 像液相内的气泡一样能稳定地存在 实验表明 气泡形状与颗粒形状和气速 有关 3 尾涡 气泡在上升过程中 尾部产生曳力 使在气泡尾部这一区域的压力 比附近低 因此一部分颗粒和气体被吸入 形成上凹的尾涡 尾涡中的颗粒 和气体假设处于起始流化状态 并随气泡一起上升 因气泡在上升过程中 不断聚并 长大和分裂 因此在这一过程中 若尾涡中的某些颗粒其重力大 于受到的曳力时 这些颗粒就从尾涡中剥落下来 而当气泡上升到床层上部 时 冲出床面 气泡破裂 尾涡内的颗粒抛向床上部的自由空间 而后大部 分被抛出的颗粒又翻落回床层中 因此 尾涡有强化床内颗粒的混合作用 结语 通过后处理结果显示 表明模拟结果与上述实验观察结论基本一致 需要 说明的是 本实例没有考虑虚拟质量力和升力等因素 同时也没有考虑固 体颗粒之间的碰撞 因此离实际物理现象还有差距 于 2004 年 10 月 5 日完成
