1. 流化床概念

流態(tài)化床，簡稱流化床，是一種利用氣體或液體通過顆粒狀固體層而使固體顆粒處于懸浮運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并進(jìn)行氣固相反應(yīng)過程或液固相反應(yīng)過程的反應(yīng)器。

歐拉模型：

歐拉多相流模型可以模擬顆粒流動(dòng)，但是與DPM離散模型不同，歐拉模型模擬顆粒物流動(dòng)是將顆粒物看成流體進(jìn)行模擬的，其無法追蹤顆粒粒子軌跡。Chapter40 Fluent 顆粒氣泡PBM模型也是如此

2. 模型描述

氣體通過流化床底部向上流動(dòng)，流化床下半部有固體顆粒?？諝饬鬟^固體顆?？蓪㈩w粒吹起懸浮。同時(shí)流化床底部有一個(gè)小孔，氣體可從小孔流出。

3. 基本設(shè)置

3.1 導(dǎo)入網(wǎng)格：

使用Fluent軟件打開Chapter46.msh.gz網(wǎng)格文件，文件在本文末尾鏈接資源內(nèi)。

3.2 修改模型尺寸

本案例模型尺寸不需要修改，打開Scale mesh查看模型尺寸是否正確

3.3 求解器設(shè)置

基于壓力求解器，瞬態(tài)設(shè)置，勾選重力，設(shè)置重力加速度為Y軸-9.81

4. 設(shè)置計(jì)算模型

4.1 能量方程

打開能量方程

4.2 湍流模型設(shè)置

層流模型-Laminar

4.3 多相流模型

多相流模型選擇Eulerian模型，其他設(shè)置保持默認(rèn)。Phases設(shè)置在材料設(shè)置后會(huì)再進(jìn)行設(shè)置。

5. 材料設(shè)置

?5.1 添加water-l材料

雙擊air，打開材料設(shè)置界面

密度 Density：1.2kg/m3

比熱容Cp：994 J/kg-K

其他保持默認(rèn)設(shè)置，單擊Change/Create即可

再次雙擊air材料，彈出如下界面。在air材料的基礎(chǔ)上設(shè)置顆粒相材料

Name：輸入solids

Density.：2660 kg/m3

Cp：737J/kg-K

導(dǎo)熱系數(shù)Thermal Conductivity：0.27W/(mK)

5.2 設(shè)置相

返回歐拉多相流界面，設(shè)置主相和次相

主相：設(shè)置air為主相，Phase material選擇air，Name處改名為air，單擊apply。

每設(shè)置好一相就必須單擊apply，否則操作不會(huì)被應(yīng)用。

次相：相材料選擇為solids，Name處改名為solids。

勾選Granular，當(dāng)次相為固體顆粒時(shí)勾選，若次相為液滴或氣泡則不勾選。

顆粒直徑Diameter：0.0005 m

Granular Viscosity：選擇syamlal-obrien模型，Granular Viscosity為顆粒粘度，包含碰撞粘度、動(dòng)力粘度和摩擦粘度

Granular Bulk Viscosity：選擇lun-et-al模型。Granular Bulk Viscosity為顆粒體積粘度λq?？紤]了顆粒群壓縮和膨脹時(shí)的阻力，默認(rèn)值是0，也可以設(shè)置為Lun et al方程

Granular Temperature：設(shè)置為1e-05。Granular Temperature為固體顆粒溫度，與粒子的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能成正比。單位m2/s2。表示的是顆粒湍動(dòng)的動(dòng)能，和實(shí)際的溫度沒有關(guān)系

Packing Limit：0.6。Packing Limit顆粒相的最大體積分?jǐn)?shù)。對(duì)于單分散顆粒為0.63。對(duì)于多分散顆粒，需要增加此值

設(shè)置好后，單擊Apply

5.3 設(shè)置相間作用Phase Interaction

相間相互作用力Forces

Drag Coefficient：曳力系數(shù)選擇syamlal-obrien

單擊Apply

相間質(zhì)量熱量傳遞Heat, Mass, Reactions

Heat界面下Heat Transfer Coefficient：選擇gunn，gunn模型主要用于模擬顆粒相熱傳遞

前面設(shè)置的曳力系數(shù)、顆粒碰撞恢復(fù)系數(shù)為0.9（默認(rèn)值，前面沒有設(shè)置）和傳熱系數(shù)（此處設(shè)置的gunn模型），模擬了相間熱交換。

交界面設(shè)置Interfacial Area?

Interfacial Area界面下?Interfacial Area 選擇ia-symmetric?

默認(rèn)的ia-particle模型適合于體積分?jǐn)?shù)低于30%的典型分散流動(dòng)應(yīng)用。

本問題，次相的體積分?jǐn)?shù)相對(duì)較高(接近60%)，ia-symmetric模型在界面面積計(jì)算中同時(shí)考慮了主相和次相的體積分?jǐn)?shù)，更加準(zhǔn)確。

6. 邊界條件設(shè)置

6.1 v_uniform邊界設(shè)置

將v_uniform邊界類型選擇為速度入口，設(shè)置為速度入口邊界條件

Phase選擇主相air

Velocity Magnitude：0.25 m/s

Temperature：293 K

單擊Apply

Phase選擇次相solid

Velocity Magnitude：0 m/s

Tmeral界面Temperature：293 K

Multiphase界面Volume Fraction：0?

單擊Apply

6.2 v_jet邊界設(shè)置

將v_jet邊界類型選擇為速度入口，設(shè)置為速度入口邊界條件

Phase選擇為主相air

Velocity Magnitude：0.25 m/s

Tmeral界面Temperature：293 K

Phase選擇次相solid

Velocity Magnitude：0 m/s

Tmeral界面Temperature：293 K

Multiphase界面Volume Fraction：0?

單擊Apply

6.3 poutlet邊界設(shè)置

將poutlet邊界類型選擇為壓力出口

Phase選擇混合相mixture

Gauge Pressure：0 Pa

單擊Apply

Phase選擇主相air

回流溫度Backflow Total Temperature：293K

單擊Apply

Phase選擇次相solids

回流溫度Backflow Total Temperature：293K

mulitphase界面保持默認(rèn)設(shè)置

單擊Apply

6.4 wall_hot邊界設(shè)置

將wall_hot邊界類型選擇為wall邊界

Phase選擇混合相mixture

Thermal界面Temperature：373 K

Phase選擇主相air和次相solids保持默認(rèn)設(shè)置

單擊Apply

6.5 wall_ins邊界設(shè)置

將wall_ins邊界類型選擇為wall邊界

Phase選擇混合相mixture

Thermal界面Heat Flux：0 W/m2

Phase選擇主相air和次相solids保持默認(rèn)設(shè)置

單擊Apply

7. 求解方法

7.1 求解方法

Transient Formulation：選擇二階隱式Second Order Implicit

Pressure and Momentum：選擇二階迎風(fēng)格式Second Order Upwind.

Volume Fraction and Energy：選擇QUICK

7.2 求解控制

Pressure：0.5

Momentum：0.2

調(diào)小亞松弛因子有助于提高收斂性，但收斂速度會(huì)變慢。參考三十二、Fluent收斂判斷標(biāo)準(zhǔn)及方法

8. 初始化

標(biāo)準(zhǔn)初始化，Compute from選擇all-zones

單擊Initialize后，進(jìn)行patch操作

下面需要進(jìn)行patch操作，在patch之前需要標(biāo)記要patch的區(qū)域

標(biāo)記區(qū)域

Xmax：輸入0.3m

Ymax：輸入0.5m

單擊save/Display可顯示標(biāo)記的計(jì)算域下半部分區(qū)域。

Patch air區(qū)域

在初始化界面下單擊patch，只有初始化之后，patch按鈕才可用

Phase：選擇solids

Variable：選擇Volume Fraction

Value：0.598

Registers：選擇region_0

單擊patch，這步操作就是將剛才標(biāo)記區(qū)域的次相solids體積分?jǐn)?shù)初始化為0.598

通過Results-Graphics-Contour可查看patch之后的相分布，若patch操作正確，則相分布應(yīng)如下圖。

9. 計(jì)算設(shè)置

Time Step Size設(shè)置為0.00015，時(shí)間步設(shè)置為12000步，每時(shí)間步最大迭代次數(shù)設(shè)置為50.

10. 后處理

10.1 靜壓云圖

10.2 次相速度云圖

源文件鏈接：

鏈接：https://pan.baidu.com/s/1KXuFLUB4oZGzW5kJvNcgBA

提取碼：fuvp

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