氣液兩相流采用DPM模型數(shù)值仿真大全

1、濕氣數(shù)值計(jì)算手冊V2.0Handbook for Numerical Calculationof Wet Gas FlowLab2009.06目 錄一 Gambit 建模. 11.1模型幾何結(jié)構(gòu)的建立. 21.2 網(wǎng)格劃分. 71.3 邊界設(shè)定. 8 二FLUENT 前處理. 9 三連續(xù)相計(jì)算. 15 四離散相計(jì)算. 28 五 附錄. 385.1 判斂方法. 385.2 網(wǎng)格劃分. 385.3 關(guān)于多面體網(wǎng)格. 415.4 關(guān)于流場初始化. 425.5 關(guān)于可壓縮介質(zhì). 425.6 關(guān)于學(xué)習(xí)的方法途徑. 425.7 常去的專業(yè)網(wǎng)站. 43濕氣數(shù)值計(jì)算手冊 v2.0一 Gambit 建模雙擊Ga

2、mbit 的圖標(biāo)，出現(xiàn)如下圖的開始界面。選擇想要?jiǎng)?chuàng)建文件的目錄位置（Working Directory），創(chuàng)建文件名（Session Id），Run 操作界面主要分為以下幾部分： 繪圖區(qū)域。此區(qū)域用于建立模型及圖形顯示。 操作菜單。分為4部分，均為圖形可視化操作菜單。畫圖，用于模型 1濕氣數(shù)值計(jì)算手冊 v2.0，用于為 幾何模型劃分網(wǎng)格。邊界設(shè)定 ，用于設(shè)定邊界條件。工具，包括一些其它的工具項(xiàng)。 輔助控制菜單。一些使用的輔助控制工具。 操作記錄顯示。所有的操作在這里被記錄下來，并保存為.jou 文件。 信息描述窗口。如果讀者不知道某個(gè)圖標(biāo)的功能，只需將鼠標(biāo)在上面停留，信息描述窗口就會(huì)顯示出該圖

3、標(biāo)的作用。 菜單欄。用于文件打開、保存、導(dǎo)入導(dǎo)出等操作，還可用來修改一些系統(tǒng)默認(rèn)的參數(shù)值，如背景色等。下面作者以內(nèi)錐流量計(jì)為例講述模型建立步驟及相關(guān)注意事項(xiàng)。1.1模型幾何結(jié)構(gòu)的建立1.依次點(diǎn)擊畫圖體命令圖標(biāo)，體命令圖標(biāo)，選擇創(chuàng)建圓臺命令， 在參數(shù)輸入窗口輸入：Height ：59.48，Radius1：21.65，Radius3：0；Axis Location選擇Positive X，Apply 。創(chuàng)建了一個(gè)圓錐。點(diǎn)擊，顯示如下圖。 濕氣數(shù)值計(jì)算手冊 v2.0 32. 點(diǎn)擊，出現(xiàn)下面左圖move/copy volumes，在V olumes 后面的黃色框內(nèi)單擊，按住shift 鍵，在繪圖區(qū)域

4、單擊圓錐體，其邊框變成紅色表示被選中。Operation 下選擇reflect ，點(diǎn)擊define ，出現(xiàn)下面右圖Vector define，direction 選擇X ，positive ，然后apply 濕氣數(shù)值計(jì)算手冊 v2.0 下面的步驟說明在表述清晰的基礎(chǔ)上適當(dāng)加以簡化。3. ，Height ：9.9，Radius1：21.65，Radius3：5；Axis Location選擇Positive X，Apply 。點(diǎn)擊，如下圖 4. ，Height ：70；Radius1：5；Axis Location：Positive X；apply5. ，在V olumes 后面的黃色框內(nèi)單擊，

5、按住shift 鍵，在繪圖區(qū)域單擊圓柱體，其邊框變成紅色表示被選中。Operation 下選擇translate ，global 下x ：9.9，apply6. ，點(diǎn)擊V olumes 后面的，translate x ：-79.9，apply7. ，x ：-18，y ：0，z ：30，apply ；x ：-15，y ：0，z ：30，apply ；x ：-15，y ：3，z ：30，apply ；x ：-15，y ：-3，z ：30，apply 。 8. ，選擇，建立圓弧9. ，x ：0，y ：5，z ：30，apply ；x ：0，y ：-5，z ：30，apply ； 10. ，連接新建的

6、幾個(gè)點(diǎn)成 ，Edges 選擇剛剛創(chuàng)建的4條線，apply ，如圖，顏色變藍(lán)即創(chuàng)建面成功。 ，faces選擇；p ，不要選retain ，點(diǎn)擊 apply ，Height ：1000；Radius ：25；Axis Location：Positive X；Apply15. ，在V olumes 后面的黃色框內(nèi)單擊，按住shift 鍵，在繪圖區(qū)域單擊剛剛創(chuàng)建的圓柱體，Global 下x ：-400，apply16. ，出現(xiàn)如下圖的對話框。上面的volume 選擇圓柱體，下面的volumes 選擇錐體，Apply 。（兩個(gè)retain 都不要選） 17. File Save模型創(chuàng)建工作完成，下面是網(wǎng)

7、格劃分步驟。1.2 網(wǎng)格劃分1. ，Radius ：50；plane ：YZ ；Apply 2. ，在Faces 后面的黃色框內(nèi)單擊，按住shift 鍵，在繪圖區(qū)域單擊剛剛創(chuàng)建的圓面，copy 1 ；Translate ，X ：-150；Apply ，在Faces 后面的黃色框內(nèi)單擊，按住shift 鍵，在繪圖區(qū)域單擊剛剛創(chuàng)建的圓面，Move ；Translate ，X ：100； Apply ，出現(xiàn)split volume對話框，在volume 后面的黃色框內(nèi)單擊，按住shift 鍵，在繪圖區(qū)域單擊管道實(shí)體，split with：Face （real ）；在face 后面的黃色框內(nèi)單擊，按住

8、shift 鍵，在繪圖區(qū)域單擊剛剛創(chuàng)建的某一個(gè)面，Apply5. 相同的方法用另一個(gè)面split 管道實(shí)體。6. ，在面列表中通過和選中錐體上的所有面，如，elements ：Tri ；Type ：pave ；spacing ：2.5；后面的選項(xiàng)：interval size；Apply. 劃分如圖7. ，進(jìn)行網(wǎng)格檢查，詳細(xì)參見附錄。網(wǎng)格劃分時(shí)最好每進(jìn)行一步就檢查一次，這樣可以保證隨時(shí)監(jiān)控網(wǎng)格質(zhì)量，及時(shí)進(jìn)行修改。8.，劃分錐體前后的面如圖所示 ，spacing 值可設(shè)定為4；同樣的方法劃分管道入口和出口面，spacing 設(shè)為6，同樣，后面的選項(xiàng)：interval size。9.，volumes

9、 選擇錐體處的體，elements ：Tet/Hybrid；Type ： Tgrid ；spacing ：3；后面的選項(xiàng)：interval size；Apply10. 同樣，volumes 選擇兩端的體，elements ：Tet/Hybrid；Type ：Tgrid ；spacing ：5；后面的選項(xiàng)：interval size；Apply 。如圖 。 ，出現(xiàn)specify Boundary types對話框，Action ：Add ；name ：mass-inlet ；Type ：mass_flow_inlet；Entity ：管道入口面；Apply 2.，出現(xiàn)specify Bounda

10、ry types對話框，Action ：Add ；name ： Pressure-outlet ；Type ：Pressure_outlet；Entity ：管道出口面；Apply3. Flie Save4. File Export mesh注：在Gambit 中，默認(rèn)的面邊界條件為wall，如果是用來分割體的面，則默認(rèn)為interior。默認(rèn)的體邊界條件為fluid。二 FLUENT 前處理將Gambit 中的模型文件導(dǎo)入FLUENT 中，在正式開始計(jì)算之前，還有一部分很重要的前處理工作需要進(jìn)行。 圖標(biāo)，啟動(dòng)FLUENT ，如下圖。讀者根據(jù)具體情況自行選擇維度及單雙精度。 表示開動(dòng)服務(wù)器的全

11、部8個(gè)核進(jìn)行計(jì)算。讀者可根據(jù)實(shí)際情況自行調(diào)整。 2. File read case ，讀入相應(yīng)的.msh 文件 這時(shí)，F(xiàn)LUENT 的控制臺上會(huì)顯示如下 重點(diǎn)觀察圖中用紅色框住的信息，先檢查xyz 的坐標(biāo)范圍是否正確，然后看信息顯示的最小體積，如果出現(xiàn)負(fù)體積，則說明劃分網(wǎng)格時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤，需要返回Gambit 中修改。reated In 選擇在Gamb 5. Grid polyhedra convert domain，轉(zhuǎn)換多面體網(wǎng)格，可根據(jù)需要進(jìn)行濕氣數(shù)值計(jì)算手冊 v2.0 6. surface point 7. surface line/rake濕氣數(shù)值計(jì)算手冊 v2.0 定義所要觀察線上的兩點(diǎn)

12、坐標(biāo)并為其命名，create 注意：end points 中輸入的點(diǎn)坐標(biāo)即為該線的兩個(gè)端點(diǎn)，F(xiàn)LUENT 不會(huì)顯示其延長線 上的物理量 8. surface plane濕氣數(shù)值計(jì)算手冊 v2.0 定義所要觀察面上的三點(diǎn)坐標(biāo)并為其命名，create 注意：points 中輸入的點(diǎn)坐標(biāo)為確定該面的三個(gè)點(diǎn)，要求不能在一條直線上，F(xiàn)LUENT 會(huì)顯示其拓展面上的物理量濕氣數(shù)值計(jì)算手冊 v2.0三 連續(xù)相計(jì)算1. File read case 讀入case 文件 2. difine models viscous 在model 下勾選k-epsilon(2 eqnk-epsilon model下勾選RNG

13、 ，其他保持默認(rèn)即可濕氣數(shù)值計(jì)算手冊 v2.0 點(diǎn)擊fluent database濕氣數(shù)值計(jì)算手冊 v2.0 在fluent fluid materials里面點(diǎn)選air ， 單擊copy ，出現(xiàn)濕氣數(shù)值計(jì)算手冊 v2.0 行。Cp 值隨溫壓變化規(guī)參考有關(guān)書籍，excel 表格中只考慮其隨壓力的變化，取其各壓力下對應(yīng)20°的數(shù)值）。此處不直接選擇ch4作為氣相介質(zhì)，因?yàn)槿绻x擇Ch4，后面的離散相模型中將不能使用wall-film 作為壁面的邊界條件。而對于濕氣來說，wall-film 是目前最適合的壁面邊界條件。 然后在density 下選擇ideal-gas, 點(diǎn)擊change/

14、create,close 4. define boundary conditions濕氣數(shù)值計(jì)算手冊 v2.0 點(diǎn)擊mass-inlet,set 在mass flow-rate內(nèi)輸入 氣相質(zhì)量流量；supersonic/initial gauge pressure內(nèi)輸入 入口壓力Turbulence 下 specification method選擇 intebsity abd hydraulic diameter； turbulenct intensity輸入 湍流強(qiáng)度； hydraulic diameter 輸入 管徑；點(diǎn)擊OK 。濕氣數(shù)值計(jì)算手冊 v2.0 再在boundary condi

15、tions對話框點(diǎn)擊pressure-outlet,setGauge pressure輸入 出口壓力Turbulence 下 specification method選擇 intebsity abd hydraulic diameter； turbulenct intensity輸入 湍流強(qiáng)度； hydraulic diameter 輸入 管徑；點(diǎn)擊OK 。濕氣數(shù)值計(jì)算手冊 v2.0 再在boundary conditions對話框點(diǎn)擊fluid,setMaterial name 選擇air-ch4，OK 濕氣數(shù)值計(jì)算手冊 v2.05. solve controls solution, 此處均

16、保持默認(rèn)即可 6. solve innitialize innitialize Compute from選mass-inlet; 點(diǎn)擊init,apply,close濕氣數(shù)值計(jì)算手冊 v2.0 7. solve monitors residual 勾選plot; absolute criteria下，除energy 項(xiàng)是1e-06外，其余都是1e-05；點(diǎn)擊OK 。濕氣數(shù)值計(jì)算手冊 v2.0 將surface Monitors改為1，勾選monitor-1的plot ；點(diǎn)擊define濕氣數(shù)值計(jì)算手冊 v2.0 Report type選擇Mass Flow Rate，右面的surface 選擇

17、Pressure-outlet ，OK9. solve iterate Number of iterations輸入10000，點(diǎn)擊iterate 濕氣數(shù)值計(jì)算手冊 v2.010. 如果殘差收斂到設(shè)定值以下，則軟件自動(dòng)停止計(jì)算，并出現(xiàn)“！solution is converged ”字樣；若讀者通過其他判斂準(zhǔn)則判斷計(jì)算收斂，則可手動(dòng)停止計(jì)算（判斂方法參見附錄）11. 后處理：report surface integrals Report type下選vertex average, surfaces下點(diǎn)選point-cone-down, point-cone-up, point-venturi-

18、down, point-venturi-middle, point-venturi-up, 點(diǎn)擊compute,close 12. 這時(shí)，工作臺上顯示如下：濕氣數(shù)值計(jì)算手冊 v2.0 濕氣數(shù)值計(jì)算手冊 v2.0四 離散相計(jì)算1. define models species transport & reaction Model 下選species transport ，點(diǎn)擊Apply 點(diǎn)擊mixture properties下的edit ，進(jìn)入material 面板濕氣數(shù)值計(jì)算手冊 v2.0 將density 項(xiàng)改為Ideal-gas ，然后點(diǎn)擊mixture species后的edit

19、 ，出現(xiàn)species 面板如下所示： 通過Add 和Remove 將其調(diào)整為下圖所示，OK濕氣數(shù)值計(jì)算手冊 v2.0 2. define models discrete phase Number of continuous phase iterations per DPM iteration輸入5；tracking 選項(xiàng)卡下，max. number of steps輸入20000；physical models選項(xiàng)卡下勾選thermophoretic force, brownian motion, saffman lift force, two-way turbulence coupling

20、濕氣數(shù)值計(jì)算手冊 v2.0 點(diǎn)擊injections,creatInjection type 下點(diǎn)選surface, release from surfaces下點(diǎn)選mass-inlet; particle type 選droplet; materials 下選擇water-liquid; 勾選最下面的inject using face normal direction; 在point properties選項(xiàng)卡下，diameter ：1； total flow rate： 液相質(zhì)量流量 ，點(diǎn)擊OK 。濕氣數(shù)值計(jì)算手冊 v2.0 3. define materialsMaterials 下選m

21、ixture ，density 下選ideal-gas ，change/create；濕氣數(shù)值計(jì)算手冊 v2.0 點(diǎn)擊Fluent database，右面material type選擇droplet-particle ，左面fluent droplet particle materials選擇Water-liquid ，點(diǎn)擊copy ，彈出new material name，將name 改為Water-liquid-droplet ，OK 。（對于過程中出現(xiàn)的警告提示框可不予理睬） 濕氣數(shù)值計(jì)算手冊 v2.0 4. define-injection ，進(jìn)入injection 面板，選擇inje

22、ction-0，set ，再次進(jìn)入set injections properties 面板，將material 改為Water-liquid-droplet ，OK濕氣數(shù)值計(jì)算手冊 v2.0 5. define boundary conditionsZone 下選擇cone,setDPM 選項(xiàng)卡下，boundary cond.type選wall-film, OK濕氣數(shù)值計(jì)算手冊 v2.0 同樣，將pipe 也設(shè)置為wall-film6. solve control solutionDiscretization 下，Pressure 選擇second order,其余不變; 點(diǎn)擊ok 。 7.

23、可以設(shè)置自動(dòng)保存，F(xiàn)ile write autosave濕氣數(shù)值計(jì)算手冊 v2.0 根據(jù)自己需要設(shè)置相應(yīng)的參數(shù) 8. solve iterate監(jiān)視計(jì)算收斂或殘差曲線不再變化9. 后處理同連續(xù)相10. 保存計(jì)算文件File write濕氣數(shù)值計(jì)算手冊 v2.0五 附錄5.1 判斂方法判斷計(jì)算收斂最簡單直觀的方法就是殘差值達(dá)到設(shè)定的指標(biāo)，計(jì)算自動(dòng)停止。但并不是每次計(jì)算都可以出現(xiàn)殘差值達(dá)到設(shè)定指標(biāo)的情況。在殘差值不滿足要求的情況下，可以按照以下準(zhǔn)則來判斷收斂：變化；后趨于平緩；質(zhì)量與能量守恒（計(jì)算 格數(shù)在一定的范圍內(nèi)的結(jié)果才與實(shí)驗(yàn)值比較接近。理論上來說，越逼近幾何元素的網(wǎng)格質(zhì)量越好。所以對于復(fù)雜的

24、流場計(jì)算，網(wǎng)格劃分過程常常需要花費(fèi)掉研究者大量的時(shí)間和精力。區(qū)域劃分模型。作者的運(yùn)算，使之成為一個(gè)整 體。之后再用面將其按要求分割開。這樣可以避免相鄰的兩個(gè)體之間有多余的面，造成劃分網(wǎng)格時(shí)的麻煩。證網(wǎng)格之間平滑過渡， Stretch 伸展度。通過單元的對角線長度與邊長計(jì)算出來的，僅適用于四邊形和六面體單元，在0到1之間，0為質(zhì)量最好，1為質(zhì)量最差。Taper 錐度。僅適用于四邊形和六面體單元，在0到1之間，0為質(zhì)量最好，1為質(zhì)量最差。V olume 單元體積，僅適用于3D 單元，劃分網(wǎng)格時(shí)應(yīng)避免出現(xiàn)負(fù)體積。Warpage 翹曲。僅適用于四邊形和六面體單元，在0到1之間，0為質(zhì)量最好，1為質(zhì)量最

25、差。保證這兩項(xiàng)的數(shù)值在0.8以內(nèi)即可獲得質(zhì)量較好的網(wǎng)格，最差也一定要控制在0.85以內(nèi)。如果這兩項(xiàng)里有一項(xiàng)指標(biāo)超過0.85，就不要心存僥幸了，HOHO ，Perk up！重新進(jìn)行網(wǎng)格劃分吧。 上面4幅圖為Gambit 中網(wǎng)格檢查的窗口，分別是面網(wǎng)格和體網(wǎng)格的EquiAngle Skew 和EquiSize Skew兩項(xiàng)指標(biāo)的檢查設(shè)置情況。另外，Gambit 中還可以顯示出質(zhì)量最差的網(wǎng)格，并給出最差網(wǎng)格的評價(jià)指標(biāo)。見下圖所示，給出最差3D 單元位于體積4上，其EquiAngle Skew值為0.7989.濕氣數(shù)值計(jì)算手冊 v2.0 另外，在FLUENT 中的窗口鍵入：grid quality 然后回車，F(xiàn)LUENT 也能檢查網(wǎng)格的質(zhì)量，主要有以下三個(gè)指標(biāo)：1.Maxium cell squish: 如果該值等于1，表示得到了很壞的單元；2.Maxium cell skewness: 該值在0到1之間，0表示最好，1表示最壞；3.Maxium 'aspect-ratio': 1表示最好。5.3 關(guān)于多面體網(wǎng)格多面體