Fluent多相流模型选择与设定（优选）.docx

Fluent多相流模型选择与设定（优选.）1. 多相流动模式我们可以根据下面的原则对多相流分成四类：气-液或者液-液两相流：o气泡流动：连续流体中的气泡或者液泡。o液滴流动：连续气体中的离散流体液滴。o活塞流动:在连续流体中的大的气泡o分层自由面流动：由明显的分界面隔开的非混合流体流动。气-固两相流：o充满粒子的流动：连续气体流动中有离散的固体粒子。o气动输运：流动模式依赖诸如固体载荷、雷诺数和粒子属性等 因素。最典型的模式有沙子的流动，泥浆流，填充床，以及各向同性 流。o流化床：由一个盛有粒子的竖直圆筒构成，气体从一个分散器 导入筒内。从床底不断充入的气体使得颗粒得以悬浮。改变气体的流 量，就会有气泡不断的出现并穿过整个容器，从而使得颗粒在床内得 到充分混合。液-固两相流o泥浆流：流体中的颗粒输运。液-固两相流的基本特征不同于液 体中固体颗粒的流动。在泥浆流中，Stokes数通常小于1。当Stokes 数大于1时，流动成为流化（fluidization）了的液-固流动。o水力运输:在连续流体中密布着固体颗粒o沉降运动:在有一定高度的成有液体的容器内，初始时刻均匀散 布着颗粒物质。随后，流体将会分层，在容器底部因为颗粒的不断沉 降并堆积形成了淤积层，在顶部出现了澄清层，里面没有颗粒物质， 在中间则是沉降层，那里的粒子仍然在沉降。在澄清层和沉降层中间， 是一个清晰可辨的交界面。三相流（上面各种情况的组合）各流动模式对应的例子如下：气泡流例子：抽吸，通风，空气泵，气穴，蒸发，浮选，洗刷液滴流例子：抽吸，喷雾，燃烧室，低温泵，干燥机，蒸发，气 冷，刷洗?活塞流例子：管道或容器内有大尺度气泡的流动分层自由面流动例子：分离器中的晃动，核反应装置中的沸腾和 冷凝粒子负载流动例子：旋风分离器，空气分类器，洗尘器，环境尘 埃流动风力输运例子：水泥、谷粒和金属粉末的输运流化床例子：流化床反应器，循环流化床泥浆流例子:泥浆输运，矿物处理水力输运例子：矿物处理，生物医学及物理化学中的流体系统沉降例子：矿物处理2. 多相流模型FLUENT中描述两相流的两种方法:欧拉一欧拉法和欧拉一拉格朗 日法，后面分别简称欧拉法和拉格朗日法。欧拉法即为两相流模型， 拉格朗日法即为离散相模型欧拉法着眼于空间的点，基本思想是考察空间一个点上的物理量 及其变化。在欧拉方法中，FLUENT将不同的相被处理成互相贯穿的 连续介质。各相的体积率是时间和空间的连续函数，其体积分率之等 于1。欧拉法中两相流模型包括:VOF(the volumeoffluid)模型，混合 模型和欧拉一欧拉模型VOF 模型(Volume of Fluid Model)混合模型(Mixture Model)欧拉模型(Eulerian Model)2.1 VOF 模型(Volume of Fluid Model)VOF模型用来处理没有相互穿插的多相流问题，在处理两相流中， 假设计算的每个控制容积中第一相的体积含量为al,如果a1=0，表 示该控制容积中不含第一相，如果a1=1,则表示该控制容积中只含有 第一相，如果0<a1<1,表示该控制容积中有两相交界面；VOF方法是用体积率函数表示流体自由面的位置和流体所占的体积，其方法占内存小，是一种简单而有效的方法。VOF模型在应用的过程中存在某些局限性：(1) 在利用该模型进行模拟时要求所有的控制体积必须被任何一种 流体相或混合相所填满，即不能存在无流体流动的区域(2) 只允许一相流体是可压缩的；(3) 很难对具有混合物料和反应存在的流动进行模拟；(4) 相间存在较大速度差时，界面的速度精度会受到很大的影响。2.2 混合模型(Mixture Model)混合模型(Mixture Model)是一种简化的两(多)相流模型，它使用 单流体方用于模拟各相有不同速度的两(多)相流，但是假定了在短空间 尺度上局部的，相之间的耦合很强。同时也用于模拟有强烈藕合的各 向同性相流和各相以相度运动的两(多)相流。混合模型可以通过求解混 合相的动量、连续性和能量，第二相的体积分率方程，以及相对速度的代数表达式模拟多相 (fluldorculate)o典型的应用包括低负载的粒子负载流，沉降，旋风分离器以及气 相容很低的泡状流。混合物模型也可用于没有离散相相对速度的均匀 多相流。用混合特性参数描述的两相流场的场方程组称为混合模型；考虑了界面传递特性以及两相间的扩散作用和脉动作用；使用了 滑移速度的概念，允许相以不同的速度运动；用于模拟各相有不同速度的多相流；也用于模拟有强烈耦合的各 向同性多相流和各相以相同速度运动的多相流；缺点：界面特性包括不全，扩散和脉动特性难于处理。2.3 欧拉模型(Eulerian Model)欧拉一欧拉模型(Euler-Euler Model)是两(多)相流中最复杂的两 (多)相流模型，也称为双流体模型。连续相与分散相被视为连续的一体。 欧拉一欧拉模型对每一相都建立动量方程和连续性方程，通过压力和 相间交换系数的藕合来计算求解。欧拉模型的应用包括气泡柱、颗粒悬浮以及流化床的模拟。有人将其成功地应用欧拉-模型模拟了鼓泡塔中两（多）相流的模拟及气泡聚 并和破碎的影响。欧拉模型指的是欧拉一欧拉模型；把颗粒和气体看成两种流体，空间各点都有这两种流体各自不同 的速度、温度和密度，这些流体其存在同一空间并相互渗透，但各有 不同的体积分数，相互间有滑移；颗粒群与气体有相互作用，并且颗粒与颗粒之间相互作用，颗粒 群紊流输运取决于与气相间的相互作用而不是颗粒间的相互作用；各颗粒相在空间中有连续的速度、温度及体积分数分布。几种多相流模型的选择VOF模型适合于分层流动或自由表面流；Mixture和Eulerian模型适合于流动中有混合或分离，或者离散 相的体积份额超过10% -12%的情况。Mixture模型和Eulerian模型区别如果离散相在计算域分布较广，采用Mixture模型；如果离散相 只集中在一部分，使用Eulerian模型；当考虑计算域内的interphase drag laws时，Eulerian模型通常 比Mixture模型能给出更精确的结果；从计算时间和计算精度上考虑。拉格朗日法着眼于流体的质点，基本思想是跟踪每个流体质点在 流动过程中的运动全过程，记录每个质点在每一时刻、每一位置的各 个物理量及变化。在拉格朗日方法中，FLUENT将主体相视为连续相， 稀疏相视为离散颗粒，主体相用欧拉法，而离散相利用拉格朗日法进 行粒子跟踪，这就是所谓的欧拉一拉格朗日模型。此模型中需要离散 相体积含量不超过15%，离散相和主体相都有自己的压力、粘度及湍 流扩散稀疏参数，并在拉格朗日坐标系中考察离散相颗粒的运动轨迹。 该模型能详细地分析粒子/液滴间的作用力以及流体间复杂的作用力， 避免了应用大量的经验关系，又避免了离散相数值解的扩散问题，虽 然计算量庞大，但是相对欧拉模型来讲，精度要更高一些。比较了各 种模型，认为离散相模型能更准确地模拟气一固两相流动，能更好的跟踪固体颗粒、气泡、液滴在连续相中运动轨迹。3. 选择基本原则通常，你一旦决定了采用何种模式最能符合实际的流动，那么就 可以根据以下的原则来挑选最佳的模型。对于体积率小于10%的气泡、液滴和粒子负载流动，采用离散相 模型。对于离散相混合物或者单独的离散相体积率超出10%的气泡、液 滴和粒子负载流动，采用混合物模型或者欧拉模型。对于活塞流，采用VOF模型。对于分层/自由面流动，采用VOF模型。对于气动输运，如果是均匀流动，则采用混合物模型；如果是粒 子流，则采用欧拉模型。？对于流化床，采用欧拉模型模拟粒子流。对于泥浆流和水力输运，采用混合物模型或欧拉模型。对于沉降，采用欧拉模型。对于更加一般的，同时包含若干种多相流模式的情况，应根据最 感兴趣的流动特征，选择合适的流动模型。此时由于模型只是对部分 流动特征做了较好模拟，其精度必然低于只包含单个模式的流动。Fluent软件中对喷雾这类气液两相流问题的模拟主要采用其自带 的离散相模型(DPMDiscrete Phase Model)。此模型是以欧拉一 拉格朗日方法为基础建立的。它把流体作为连续介质，在欧拉坐标系 内加以描述，对此连续相求解输送方程，而把雾滴颗粒群作为离散体系，通过积分拉氏坐标系下的 颗粒作用力微分方程来求解离散相颗粒的轨道，可以计算出这些颗粒 的轨道以及由颗粒弓I起的热量/质量传递。同时，在计算中，相间耦合 以及耦合结果对离散相轨道、连续相流动的影响均可考虑进去。当计 算颗粒的轨道时，Fluent跟踪计算颗粒沿轨道的热量、质量、动量的 得到与损失，这些物理量可作用于随后的连续相的计算中去。于是， 在连续相影响离散相的同时，用户也可以考虑离散相对连续相的作用。 交替求解离散相与连续相的控制方程，直到二者均收敛(二者计算解 不再变化)为止，这样，就实现了双向耦合计算。在采用FLUENT中的离散相模型时，需要定义每个粒子尺寸以及 温度。这些初始条件以及有关离散相物理性质的输入量/质量计算的必 要条件。轨迹以及热量/质量传递的计算是粒子的对流或辐射传热、质 量传递以及粒子在流场运动时的。而预测所得的轨迹以及相关的质量、 热量传递可以通过1稳态问题建立及求解程序纲要建立和求解稳态离散相问题的一般程序如下所示(l)求解连续相流动；生成离散相的入射；(3) 根据需要选择是否连续相与离散相关联求解；(4) 用画图或者提取数据来跟踪离散相入射。2非稳态问题建立及求解程序纲要建立和求解非稳态离散相问题的一般程序如下所示(1) 生成离散相入射；(2) 初始化流场；(3) 取合适的时间步长数目进行求解。随着求解的进行，粒子的位 置将会被更新。利用Fluent自带的空气雾化喷嘴模型预测雾化颗粒的颗粒行为。 首先假设不带颗粒的空气为连续相，对其进行单相模拟。之后，假设 雾化喷嘴喷出的甲烷颗粒为离散相，进行了气液两相耦合模拟。单相 稳态模拟的基础上打开DPM模型(Discrete Phase Model)加入离 散相一一甲烷雾滴进行两相耦合模拟，重点介绍了 DPM中参数的设 定。1打开DPM模型利用 Define/Models/Discrete Phase Model打开 DPM，本文截 取了 Discrete Phase Model设置面板的一部分，对其中参数的设定进 行详细的分析，如图1所示。当模拟两相耦合过程时，用户应该首先计算得到收敛或部分收敛 的连续相流场，然后再创建喷射源进行耦合计算。在每一轮离散相的 计算，FLUENT计算颗粒/液滴轨迹并且更新每一个流体计算单元内的 相间动量、热量以及质量交换项。然后，这些交换项就会作用到随后 的连续相的计算。耦合计算时FLUENT在连续相迭代计算的过程中， 按照一定的迭代步数间隔来计算离散相迭代。直到连续相的流场计算 结果不再随着迭代步数加大而发生变化(即，达到了所有的收敛标 准)，耦合计算才会停止。当达到收敛时，离散相的轨迹也不再发生 变化(若离散相轨迹发生变化将会导致连续相流场的变化)。耦合计算的设定步骤如下：1. 计算连续相流场；2. 在 Discrete Phase Model panel 面板中，激活 Interaction with Continuous Phase 选项；3. 在 Number Of Continuous Phase Iterations Per DPM Iteration文本框中设定颗粒轨迹的计算频率(即连续相迭代多少步， 就进行一轮离散相的计算)。若用户设定此参数为5，即意味着在连续 相进行了五步迭代之后，就开始离散相的迭代计算。两个离散相计算 中间应该间隔多少连续相的迭代步，要视用户问题的物理意义而定。需要注意的是，【*若此参数设定为0，那么FLUENT将不进行 离散相的计算。】另外，图1中绿色圈的2个参数是最大计算步数 (Max. Number Of Steps)和积分尺度(Length Scale)。最大计算步数(Max. Number Of Steps)是用积分方程(1)，求解颗粒轨道时，允许的最大时间步数。当某个颗粒轨道计算达到此时间步数时，FLUENT就自动中止了 此颗粒的轨道计算，输出时，此颗粒被标记为“incomplete”。对最 大时间步数的规定消除了对某些在流场中不停循环的颗粒的无休止的计算。但是，对于缺 省的500步的最大时间步数，很多问题的计算都不止这么多。这种情 况下，当颗粒信息在输出时被标记未完成，而实际颗粒并不是在流场 中无休止的打转，那么，用户可以增加最大时间步数注值得注意的是: 设定上述各个参数的一个简便方法是，若用户希望颗粒穿越长度为D 的计算域，那么用长度标尺乘以最大积分时间步数，其结果应该大致 等于 D，即等于所设定的 Number Of Continuous Phase Iterations Per DPM Iteratio n 的值。2 创建 injection通过Define/injection/create进入创建injection面板，如下图 所示：Set bijection PropertiesJJiIniection Maine | inJe-otion'0ajr-blat-atoHiiizcrLausParticle Type；v hieiti； * Droplet j v 源卷雾*圳猝u CustomMaterial容怂清给容jA懿遗善1良隐melhvl-afcohoil-liqiiid 甲11EtrafsoiraAiiig 所就瞄导泌怎谷院金£妙3MumhErOF PartklB 就牌ch3DH叫|M矶Turiiuleht Dlsmeirsinh谱Cs驱流菸蜘-OK阳wCancel Help-在I njection Type中选择射流源类型，本文选定空气雾化喷嘴（air-blast-atomizer）。在 Particle Type 中选择颗粒类型，本文选 择Droplet液滴是一种存在于连续相气流中的液体颗粒。它月眦力的 平衡并受到加热/冷却的影响（由定律1确定）。此外，他还由定律2 和3确定自身的蒸发与沸腾（请参阅Users Guide中的19.3.4 ）。 只有传热选项被激活并且至少两种化学组份在计算中是被激活的，或 者已经选择了非预混燃烧或部分预混燃烧模型，液滴类型才是可选的。 当选择了液滴类型之后，用户应该使用理想气体定律来定义气相密度在空气辅助雾化模型里，用户应直接设定液膜厚度，如图3所示。 在Point Properties面板上，设定喷口处液膜的内夕卜半径，即液膜的 厚度。另外，用户还必须设定液膜与空气间的最大相对速度差和喷射 角度，如图4所示。液膜离开喷口之后，它的初始轨道沿着设定的喷 射角。注意：如果初始液膜的轨道指向中心线，那么，喷射角度为负值。Point Properties Turbulent DispersionRelative Velocity m/sAzimuthal Start Angle (deg) aUnject&r Outer Diam. mSpray Half Angle deg)Injector Inner Diam. m |O.B01Point Properties Turbulent DispersionOK3离散相边界条件的设定在 Discrete Phase Model Conditions 属性框下的 Boundary Cond. Type下拉框中选择reflect，trap，或escape边界条件（在面 板中，需要点击 DPM 才能激活 Discrete Phase Model conditions）。 如图5所示。FLUENT中的离散相缺省边界条件为：1. 壁面（wall）、对称面（symmetry）、轴对称的轴线（axis ） 均为''reflect''边界条件，且恢复系数均为1.0 ；2. 所有的流动类型边界（压力入口 -pressure inlets、速度入口- velocity inlets、压力出口-pressure outlets 等），均为''escape'边 界条件；3. 所有的内部区域边界（辐射体-radiator、多孔介质间断面- porous jump ）均为边界条件；4. 有对壁面边界（wall ）才可以修改恢复系数。注意：在Boundary Conditions面板打开的面板中可以设定离散 相边界条件。当设定完一个以上的喷射源之后，离散相边界条件的输 入项就会出现在相应的面板中。4模拟结果及后处理颗粒轨道的输出时，颗粒的可能的结果如下：1 . Escaped :（逃逸）意味着颗粒在已经设定了逃逸边界条件的 流动边界终止了轨迹的计算。2 . Incomplete :（未完成）：意味着颗粒轨迹的计算时间步长 已经达到设定的最大步数（在Discrete Phase Model pane l面板中的 Max. Number Of Steps 文本框中设定，）3 . Trapped :（捕获）：意味着颗粒在已经设定了捕集边界条件 的流动边界终止了轨迹的计算。4 . Evaporated ：（蒸发）：意味着颗粒在计算域中被完全蒸发 掉了。5 . Aborted ：（忽略）：意味着颗粒由于舍入误差原因而不能 进行计算。用户可以修改长度标尺或设定不同的初始条件来重新计算 颗粒轨迹。需要注意的是，除了用连续相的变量值来着色颗粒轨迹外，也可 以使用离散相的各种变量值来进行着色。这些变量值包括：颗粒（已 停留）时间、颗粒速度、颗粒直径、颗粒密度、颗粒质量、颗粒温度、 颗粒所使用的定律、颗粒（积分）时间步长、颗粒雷诺数。在Color By类目框下的Particle Variables.拉框中列出了所有可选的着色颗 粒变量。为了显示计算域内的最大/最小值，可以点击Update Min/Max按钮更新。DPM模型的基本操作和注意事项1 DPM模型概述DPM模型可以用来模拟流场中的离散相，它的特点是使用方便， 模拟思路清晰，计算中可以对颗粒运动轨迹进行跟踪，结果直观；其 缺点是，计算结果无法得到离散相各种场图，为结果分析造成很大不便。FLUENT提供了如下的离散相模型选项：1. 使用Lagrangian坐标下的公式计算颗粒的轨迹。这些公式涉及 了稳态及非稳态条件下离散相的惯性力、曳力和重力。2. 连续相中的漩涡对于离散相扩散产生的扰动进行预测。3. 离散相的加热与冷却。4. 液滴的蒸发和沸腾。5. 提供对颗粒燃烧的模拟，可以通过对挥发份析出和焦炭燃烧来 模拟煤粉的燃烧。6. 可以选择是否进行连续相与离散相的耦合计算。7. 液滴的破碎与合并。这些模型时的FLUENT可以用来对许多种离散相的问题进行模拟， 包括颗粒的分离与分级，喷雾干燥，烟雾的扩散，液体中气泡的搅浑， 液体燃料和煤的燃烧。当需要在FLUENT的模型中加入离散相时，可以通过定义颗粒的 初始位置、速度、粒径、温度等参数实现，具体的操作过程在 “Discrete Phase Model”面板中完成。以上的参数再加上颗粒的物 理属性，就可以作为计算颗粒轨迹和颗粒热、质传递的初始化条件。下面就使用DPM模型的基本步骤归纳如下：对于稳态问题，可采用以下步骤求解：1. 求解连续相流动；2. 添加离散相；3. 如果需要的话可以求解耦合流动；4. 对计算结果进行后处理对于非稳态问题，可通过以下步骤求解；1. 添加离散相；2. 初始化流场；3. 设定时间步长。对于非耦合问题，FLUENT会在每个时间步长 的最后更新离散相的位置；对于耦合问题，在每次相间耦合计算中离 散相的位置都回更新。2应用DPM模型需要注意的一些问题在Fluent中应用DPM模型进行计算时，需要注意DPM模型忽 略了两相流中颗粒之间的相互作用，以及颗粒相对连续相流动产生的 影响。这就决定了两相流中颗粒相的体积分数不能太高，通常情况下 这一体积分数要小于10%20%。但是，这并不意味着在应用DPM模型时颗粒相的质量分数也要小 于10%20%，实际上，我们可以使用DPM模型来模拟离散相质量 分数等于或超过连续相质量分数的流动。*【（1）如果颗粒是以喷射的形式进入连续相的，而且流场中有 明确的入口和出口，这种情况下可以使用稳态的DPM模型来计算；（2）如果颗粒相在连续相中处于一种无限期的悬浮状态，这种情 况下稳态的Lagrangian模型就不再适用了，对于这样的工况可以考虑 使用非稳态的DPM模型来进行求解。换句话说，对于搅拌器、混和器、 流化床这一类容器如果应用DPM模型来模拟其流场，应该在非稳态的 前提下进行。】一旦应用DPM模型来对流动进行模拟后，Fluent中的某些功能 将不能再被使用。具体如下：1. 周期性的边界条件；2. 可调的时间步长；3. 使用非预混燃烧模型时，颗粒不能参加反应；4. 当使用动网格或变形网格时，颗粒喷射的表面便不能随网格一 起运动；5. 如果使用了复合参考系，在参考系下颗粒轨道失去了原有的意 义，同理，相间耦合计算也失去了意义。解决这个问题的方法就是采 用绝对速度来对颗粒进行跟踪而不是采用相对速度，这一方法可以通 过在文本窗口输入以下命令实现： define/models/dpm/tracking/track-inabsolute-frame。需要注意 的是，计算结果会与符合参考系下壁面的位置有很大关系。颗粒的跟 踪是在哪个参考坐标系下进行的，颗粒的入射速度就要在哪个参考坐 标系下定义的。默认情况下，颗粒速度是基于当地坐标系定义的，如 果你激活了 track-in-absolute-frame （方法如前所述），颗粒速度就 基于绝对坐标系来定义。3 . DPM模型的傻瓜用法所谓的傻瓜用法，就是不用考虑细节，甚至不必知道模型设置面 板中每一项的意义所在，而只给出相应参数的设定来进行求解。我们 不提倡这样的做法，但这也确实是能让新手尽快上路的好办法，当然， 有可能计算的结果不准确，但对于简单的流场来讲，应该还可以接受， 对于稍复杂的情况，即便是老手，也不敢保证一次建模、一次计算就 能得到满意的结果，所以，慢慢调试吧!对于稳态的工况，为了确保计 算结果的收敛，可以暂时先不在流场中添加离散相，而仅仅进行连续 相的迭代，一直迭代到连续相收敛再加入离散相。当然，也可在计算 得到收敛趋势时加入离散相。本节只讨论DPM模型面板的设定。下面说明傻瓜用法的操作步骤：1. 通过 DefineModelsDiscrete Phase 来打开 DPM 模型的 控制面板，2. 选中 interaction with Continuous Phase ;3. 将 Number of Continuous Phase Iterations per DPM Iteration 置为 20 ;4. 选中 Specify Length Scale，将 Length Scale置为 0.01，注意 Length Scale后面的单位是m ;5. 粗略估计颗粒的行程，然后用该行程除以Length Scale，得到 的值就是Max. Number Of Steps要输入的值。（实际上，Length Scale与Max.Number Of Steps的乘积即为跟踪颗粒轨迹的最大长度， 如果你想观察颗粒在整个流场中的流动，那么这个乘积的值就要大于 颗粒的轨迹长度，所以此时可以适当地扩大Max. Number Of Steps 的值。）6. 点击面板下方的injections，弹出Injections面板，再点击 Create，弹出Set Injection Properties面板，在此面板中设定颗粒的 属性。7. 在Point Properties下输入颗粒的各种参数；8. 在 Turbulent Dispersion 下激活 Stochastic Tracking 选项，将 Number of Tries改成 10。至此，DPM模型的基本设定就全部结束了。接下来的任务就是针 对自己模型的特点，有针对性的到帮助文件中去寻找解决问题的方法。我们先看看燃烧中的组分输运和有反应流动该如何处理。这是燃 烧问题中很重要的一部分，前人发展了很多模型来处理不同的具体问 题：a）通用有限速度模型该方法基于组分质量分数的输运方程，采用你所定义的化学反应 机制，对化学反应进行模拟。反应速度在这种方法中是以源项的形式 出现在组分输运方程中的，计算反应速度有几种方法：从 Arrhenius 速度表达式计算，从Magnussen和Hjertager的漩涡耗散模型计算 或者从EDC模型计算。b）非预混燃烧模型在这种方法中，并不是解每一个组分输运方程，而是解一个或两 个守恒标量（混和分数）的输运方程，然后从预测的混合分数分布推 导出每一个组分的浓度。该方法主要用于模拟湍流扩散火焰。在守恒 标量方法中，通过概率密度函数或者PDF来考虑湍流的影响。c）预混和燃烧模型这一方法主要用于完全预混合的燃烧系统。在这些问题中，完全 的混合反应物和燃烧产物被火焰前缘分开。我们解出反应发展变量来 预测前缘的位置。湍流的影响是通过考虑湍流火焰速度来计算得出的。d）部分预混和燃烧模型顾名思义，部分预混和燃烧模型就是用于描述非预混和燃烧和完 全预混和燃烧结合的系统。在这种方法中，我们解出混合分数方程和 反应发展变量来分别确定组分浓度和火焰前缘位置。模型选取的大致方针如下：（1）通用有限速度模型主要用于：化学组分混合、输运和反应的 问题；壁面或者粒子表面反应的问题（如化学蒸汽沉积）。（2）非预混燃烧模型主要用于：包括湍流扩散火焰的反应系统，这 个系统接近化学平衡，其中的氧化物和燃料以两个或者三个流道分别 流入所要计算的区域。(3) 预混燃烧模型主要用于单一、完全预混和反应物流动。(4) 部分预混燃烧模型主要用于：区域内具有变化等值比率的预混 和火焰的情况。由于在非预混燃烧中，燃料和氧化剂以相异流进入反应区；在预 混燃烧系统中，反应物在燃烧以前以分子水平混合，结合上述方针， 对四角切圆煤粉锅炉炉内燃烧过程我们应该选择非预混燃烧模型。我做的问题是蒸汽中水滴的汽化问题，用的是DPM模型，但是在 injection面板里颗粒类型只有惯性颗粒，而液滴和燃料颗粒不可选， 我想用液滴类型，费了很大力气，翻箱倒柜找资料：只有传热选项被 激活并且至少两种化学组分在计算中是被激活的，或者已经选择了非 预混燃烧或部分预混燃烧模型，液滴类型才可选。然而我的问题是一 种化学组分的两个状态，也不是燃料颗粒。答案：打开 model->species ；选择 species transport ；下面的reactions不要选；然后选择一个包含H2O的mixture material ；默认的 mixture-template就可以；然后在DPM属性设置中的particle type选择Droplet ；在 Material 中选 water-liquid ；在 Evaporating Species 中选 H2O ；(1) 请问DPM模型的使用前提条件是什么?使用中有什么限制？ 答案：颗粒相体积分数占气相体积分数小于10%。此时可将颗粒相视为离散相，可用DPM，否则可视为连续相(拟流体)，采用两相 流模型(Mixing Model、Euler Model)(2) 那么颗粒相可以是液体吗？答案：可以是液滴，你可以假设液滴为球形的，这样就可以了还可以 做一些其他假设。（3）在DPM模型中，在离散相的设定中采用surface，颗粒分 布rosin分布，计算为稳态，计算完成后，在相同条件下利用partical tracking得出的分离效率均不同，又是差别还比较大。请问是不是用 这种方法不能得出分离效率，或者fluent这种计算随机性较大呢？答案：将射流源里面的number of tries的值增大，发现这样可以 看到湍流对于离散相的影响，你每点一次显示的值不一样，也是因为 湍流的影响，多次的点击就相当于将上面的值增大，不过是将多次的 计算结果都显示在一个窗口上，（4）当我将计算模型从segregated 转换成coupled的时候，在运行DPM计算模型时，出现如下错误：Error: couldn't allocate fine level coefficient matrixError Object:（）请问如何消除？如果换回segregated，问题又没有了，我想是不 是使用coupled（ solver）的时候另有设置？答案：我的理解，既然选定的解算器，就已经决定了求解的方式：是分 别求出各变量（segregate），还是所有方程联立共同求出各变量（coup led）。但你从segregate变为co upled时，是否考虑了有时， 这两个是不可以相互交换的？比如用segregate时，可以不考虑能量 方程，而从连续方程和动量方程求解出压力速度场，然后再求解出温 度场，这样这几个参数不是相互依赖的关系。而用coupled是，方程 是耦合的，必须同时求解。我想，大概出现问题的原因在这里。（5） 使用segregated时可以不考虑能量方程，那是不是也可以考虑，还有 在solver中选定energy 一项，是不是就算考虑了能量方程？答案：这里说的是求解过程中，比如温度变化不大时，粘度可以 认为是常数，这样流体运动不受温度场的影响，流场可以独立于温度场求解，这 时，可以先从连续方程和动量方程中求解出速度和压力来，然后带入 能量方程中求出温度来。并不是说不考虑能量方程，只是它们间的相互作用可以不考虑。也就是说将运动和传热问题分开来分析了。所以 叫segregated，而coupled，是由于几个因素相互影响不能忽略，比如粘度时温度和函数。等等，必须同时考虑， 所以在求解时，要同时解出来，不分先后。所以叫耦合。（6）在 DPM（ discrete phase model）中，有分散相（particle） 位置定义，即first position和last position，请问各位这两项分别代 表什么，要是需要定义多个particle的位置，该怎么操作？答案：first position是你选group时第一个喷口的位置，last嘛就是最 后那个了你想定义多个的话，就多产生几个injection好了啊（7）我用DPM模型模拟粉尘在湍流中的扩散，现有关于离散相 参数设置的问题不明，就是在设置两相耦合设置的时候，Number Of Continuous Phase Iterations Per DPM Iteration 也就是迭代计算的 时间间隔数应该设多少？如果太大是不是耦合的不好，而太小对连续 相影响太大，引起波动不容易收敛。答案：Number Of Continuous Phase Iterations Per DPM Iteration我通常设为20次（8）我用颗粒云模型计算出来的结果跟用 随机轨道模型的结果不同啊，颗粒云中的最小颗粒群半径应该是0吧， 那么设置不同的最大颗粒群半径结果也有很大差异，现在关键是颗粒 云模型的最小以及最大颗粒群半径应该设多少，这个数如果大于某个 数值结果就都一样了，如果较小对结果影响就很大答案：用颗粒云模型计算出来的结果跟用随机轨道模型的结果不 同。这很正常啊，因为两者的模拟方式不同，怎可能期待会有相同的 结果？设置不同的最大颗粒群半径结果也有很大差异，适也是很合理 的！颗粒的大小本来就会影响流场的性质。我发现耦合的时间间隔对 结果的影响不是很大，那么设10,20也都差不多。关键是颗粒云模型 的最小以及最大颗粒群半径应该设多少？颗粒半径的大小，应该取决于要模拟的物体其半径有多大（可以估计）。壁面热边界条件中的所有参数结合不同的壁面种类进行说明：一、主要壁面边界参数的说明1、壁面厚度(Wall Thickness):指定流场中Wall的厚度，默认值0， 作为0厚度的Wall来处理。当给定厚度的时候，因为壁本身有一定的 面积，它和厚度的乘积得到Wall的体积，由于固体材料有一定的热容，所以这样设置 后Wall条件就有一定的热吸收和贮存的能力。一般来讲，如果在建模 时把较厚的壁简化成壁面的话，有时就要考虑这种壁面的热吸收和贮 存效应。2、壁面热产生率(Heat Generator Rate):单位体积的Wall产 生的热量。这里不要误解，因为和壁面的厚度配合使用，所以它是体 积单位的倒数。如果壁面厚度为0，这个壁面热产生率也就没有意义了， 因为有厚度的壁面才是有体积的壁面。一般来讲，这种条件用来处理总的发热流率已知，均匀壁面散热 问题。注意：这两个条件和具体的壁面种类选取无关，故放在前面，单 独分析。3、热流壁(Heat Flux):这是一个最常用的壁面条件，给定壁面的 热流，通过计算可以得到壁面的温度。(*如果热流为0，就是简单而 著名的绝热壁条件。)4、温度壁(Temperature):这个温度壁可以简单的给定常数温 度，形成恒温壁，也可以用UDF等指定随时间变化的温度。这种条件 下，可以得到整个流场对壁面的热流率。5、对流壁(Convection):对流壁要求指定外部热对流系数(External Heat Transfer Coefficient)和外部参考温度(External Heat Sink Temperature)，它的物理意义是，相当于在流场外，也就 是壁面外指定一个给定温度和对流系数的对流源，它们向流场内通过 对流的方式传输热流。特别要注意的是，在对流壁的界面中，它们分别写成Heat Transfer Coefficient和 Free Stream Temperature,6、辐射壁(Radiation ):辐射壁要求指定外部辐射系数 (Emissivity of The External Wall Surface)和外部辐射参考温度(Temperature of The Radiation Source or Sink On The Exterior, 它的物理意义是，相当于在流场外，也就是壁面外指定一个给定温度 和辐射系数的辐射源，它们向流场内通过辐射的方式传输热量。特别要注意的是，在辐射壁的界面中，它们分别写成ExternalEmissivity 和 External Radiation Temperature7、对流和辐射混合壁(Mixed):这就是5和6中讲到的两种壁 的混合，在这里就不多讲了。8、内部辐射系数(Internal Emissivity)：当采用辐射模型计算 流场热辐射的时候，如离散坐标辐射模型(DO)等，在壁面条件中增 加了这样一个参数。它是一个控制壁面热辐射流率的参数。它的选定 根据固体材