ansys教學(xué)算例集fl-二維流化床中均勻分析

二維流化床中均勻流化的分析算例來(lái)源：ANSYS官方算例算例制作：崔亮算例校核：關(guān)鍵詞：摘要本算例使用ANSYSFluent19.1軟件，對(duì)二維流化床均勻流化的過(guò)程進(jìn)行仿真。文檔內(nèi)包含詳細(xì)的網(wǎng)格導(dǎo)入、模型選擇、材料物性、邊界條件、求解參數(shù)和后處理的設(shè)置。通過(guò)仿真計(jì)算獲得流化床內(nèi)瞬態(tài)的固體顆粒體積分率分布等結(jié)果。案例描述ANSYSFluent中的歐拉模型能夠模擬涉及復(fù)雜相間動(dòng)量傳遞的密相顆粒流，此時(shí)顆粒在相間阻力和體積力的共同作用下處于懸浮狀態(tài)，由于模型中所使用的阻力定律本質(zhì)上仍然是半經(jīng)驗(yàn)性質(zhì)的，因此需要選擇合適的阻力定律，以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)顆粒床的初始或最小流化條件。本算例仿真的流化床模型如下圖所示，空氣以0.25m/s的速度從底部進(jìn)入，頂部是出口，初始狀態(tài)時(shí)流化床內(nèi)堆積了部分固體顆粒，體積分率為0.55，接近壓緊狀態(tài)。創(chuàng)建工作目錄并啟動(dòng)Fluent在硬盤上創(chuàng)建英文名稱的文件夾（例如Fluidized_Bed），將網(wǎng)格文件bp.msh.gz拷貝至該目錄下。啟動(dòng)Fluent19.1，在FluentLauncher中，Dimension選擇2D，DisplayOptions中勾選DisplayMeshAfterReading和WorkbenchColorScheme，Options中勾選DoublePrecision，ProcessingOptions選擇Serial（用戶也可以根據(jù)現(xiàn)有的硬件資源和License授權(quán)酌情選擇合適的并行數(shù)），更改WorkingDirectory路徑至該網(wǎng)格文件目錄下，點(diǎn)擊OK啟動(dòng)Fluent19.1。導(dǎo)入網(wǎng)格文件菜單中點(diǎn)擊【File】>【Read】>【Mesh…】，選取網(wǎng)格文件bp.msh.gz，點(diǎn)擊OK導(dǎo)入網(wǎng)格。此時(shí)，圖形界面中可以查看導(dǎo)入的網(wǎng)格。General一般設(shè)置樹(shù)中點(diǎn)擊【Setup】>【General】>【Mesh】>【Check】，F(xiàn)luent開(kāi)始對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行檢查，以米制為單位列出模型在XYZ各方向的尺寸范圍，并報(bào)告出網(wǎng)格中可能存在的問(wèn)題。注意重點(diǎn)關(guān)注最小體積（minimumvolume）的數(shù)值，確保其為正值，因?yàn)镕luent無(wú)法對(duì)負(fù)體積的網(wǎng)格進(jìn)行計(jì)算。General一般設(shè)置（續(xù)）樹(shù)中【Setup】>【General】，在Solver中選擇瞬態(tài)（Transient）、基于壓力的（Pressure-Based）求解器和Planar的2DSpace，勾選Gravity，輸入Y方向的重力加速度為-9.81。Materials材料設(shè)置在最左側(cè)的樹(shù)中，鼠標(biāo)左鍵雙擊【Setup】>【Materials】，進(jìn)行材料物性設(shè)置。在Materials的TaskPage中點(diǎn)擊【Fluid】>【Air】>【Create/Edit…】，在彈出的Create/EditMaterials窗口中，Density輸入1.2，Viscosity輸入1.8e-5，點(diǎn)擊Change/Create。Materials材料設(shè)置（續(xù)）繼續(xù)在Create/EditMaterials窗口中，Name修改為solid，Density輸入2600，Viscosity輸入1.8e-5，點(diǎn)擊Change/Create，在彈出的Question窗口中點(diǎn)擊No，新建的solid會(huì)出現(xiàn)在材料列表中。點(diǎn)擊Close關(guān)閉Create/EditMaterials窗口。Multiphase多相流模型設(shè)置樹(shù)中【Setup】>【Models】>【Multiphase】，鼠標(biāo)左鍵雙擊Multiphase，在彈出的MultiphaseModel窗口中選擇Eulerian，點(diǎn)擊OK關(guān)閉MultiphaseModel窗口。Multiphase多相流模型設(shè)置（續(xù)）樹(shù)中【Setup】>【Models】>【Multiphase(Eulerian)】>【Phases】，鼠標(biāo)左鍵雙擊Phases，彈出Phases窗口，在Phases中選擇phase-1–PrimaryPhase，點(diǎn)擊Edit，在彈出的PrimaryPhase窗口中，Name中輸入gas，PhaseMaterial下拉菜單中選擇air，點(diǎn)擊OK關(guān)閉PrimaryPhase窗口。Multiphase多相流模型設(shè)置（續(xù)）繼續(xù)在Phases窗口中，在Phases中選擇phase-2–SecondaryPhase，點(diǎn)擊Edit，在彈出的SecondaryPhase窗口中，Name中輸入solid，PhaseMaterial下拉菜單中選擇solid，勾選Granular，在Properties中，Diameter輸入0.0003，GranularViscosity選擇syamlal-obrien，點(diǎn)擊OK關(guān)閉SecondaryPhase窗口。點(diǎn)擊Close關(guān)閉Phases窗口。BoundaryConditions設(shè)置在最左側(cè)的樹(shù)中，鼠標(biāo)左鍵雙擊【Setup】>【BoundaryConditions】，進(jìn)行邊界條件的設(shè)置。在BoundaryConditions的TaskPage中，鼠標(biāo)左鍵單擊選中vinlet，確認(rèn)其Type是velocity-inlet，如果不是，從Type的下拉菜單中切換選擇。在Phase的下拉菜單中選擇gas，點(diǎn)擊【Edit…】，彈出VelocityInlet窗口，在VelocitySpecificationMethod中選擇Components，在Y-Velocity中輸入0.25，點(diǎn)擊OK完成設(shè)置。BoundaryConditions設(shè)置（續(xù)）繼續(xù)在Phase的下拉菜單中選擇solid，點(diǎn)擊【Edit…】，彈出VelocityInlet窗口，切換到Multiphase標(biāo)簽卡，確認(rèn)VolumeFraction中的數(shù)值為0，點(diǎn)擊OK完成設(shè)置。BoundaryConditions設(shè)置（續(xù)）在BoundaryConditions的TaskPage中，鼠標(biāo)左鍵單擊選中outlet，確認(rèn)其Type是outflow，如果不是，從Type的下拉菜單中切換選擇。在Phase的下拉菜單中選擇mixture，點(diǎn)擊【Edit…】，彈出Outflow窗口，確認(rèn)FlowRateWeighting中的數(shù)值為1。點(diǎn)擊OK完成設(shè)置。OperatingConditions操作條件設(shè)置菜單中點(diǎn)擊【SettingUpPhysics】>【Solver】>【OperatingConditions…】，彈出OperatingConditions窗口，在Gravity中勾選Gravity，在GravitationalAcceleration中的Y輸入-9.81，在Variable-DensityParameters中勾選SpecifiedOperatingDensity，在OperatingDensity中輸入1.2。點(diǎn)擊OK關(guān)閉OperatingConditions窗口。SolutionMethods求解方法設(shè)置在最左側(cè)的樹(shù)中，鼠標(biāo)左鍵雙擊【Solution】>【Methods】，進(jìn)行求解方法的設(shè)置。TransientFormulation選擇BoundedSecondOrderImplicit。SolutionControls求解控制設(shè)置在最左側(cè)的樹(shù)中，鼠標(biāo)左鍵雙擊【Solution】>【Controls】，進(jìn)行求解控制的設(shè)置。在SolutionControls的TaskPage中，Under-RelaxationFactors中的Pressure修改為0.5，Momentum修改為0.2，VolumeFraction修改為0.4，其余的松馳因子保留默認(rèn)值。Initialization初始化樹(shù)中【Solution】>【Initialization】，鼠標(biāo)左鍵雙擊Initialization，在TaskPage中InitializationMethods選擇為StandardInitialization，在InitialValues中，solidGranularTemperature輸入0.0001，其余的都輸入0。點(diǎn)擊Initialize按鈕進(jìn)行初始化。Initialization初始化（續(xù)）在菜單中點(diǎn)擊【SettingUpDomain】>【Adapt】>【Mark/AdaptCells】>【Region…】，彈出RegionAdaption窗口，在InputCoordinates中依次輸入以下數(shù)值，XMin是0，XMax是0.15，YMin是0，YMax是0.15，點(diǎn)擊Mark按鈕，在輸出窗口中可以看到，共有840個(gè)cells被標(biāo)記。Initialization初始化（續(xù)）點(diǎn)擊Patch…按鈕，彈出Patch窗口，在Phase下拉菜單中選擇solid，在Variable中選擇VolumeFraction，在Value中輸入0.55，在RegisterstoPatch中選擇hexahedron-r0，點(diǎn)擊Patch。點(diǎn)擊Close關(guān)閉Patch窗口。PhaseInteraction相間作用設(shè)置本算例中選用的相間阻力定律為Syamlal-O'Brien阻力定律，該阻力定律適用于多種問(wèn)題，但必須適當(dāng)調(diào)整其參數(shù)以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)顆粒床的最小流化條件。該阻力定律中默認(rèn)的參數(shù)是對(duì)應(yīng)于最小流化速度為21cm/s時(shí)的情形，而通過(guò)對(duì)應(yīng)于本算例的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)數(shù)據(jù)可知，該顆粒床的最小流化速度為8cm/s，因此需要對(duì)Syamlal-O'Brien阻力定律中的參數(shù)做出相應(yīng)的修改。PhaseInteraction相間作用設(shè)置（續(xù)）樹(shù)中【Setup】>【Models】>【Multiphase(Eulerian)】>【PhasesInteractions】，鼠標(biāo)左鍵雙擊PhasesInteractions，彈出PhasesInteractions窗口，切換到Drag標(biāo)簽卡中，在DragCoefficient下拉菜單中選擇syamlal-obrien-para，彈出SyamlalObrienModel窗口，在VoidFraction中輸入0.45，在MinimumFluidizationVelocity中輸入0.08，點(diǎn)擊Validate/Apple，可以看到Syamlal-O'Brien阻力定律中的參數(shù)c1變?yōu)?.2816321，d1變?yōu)?.07696。點(diǎn)擊Close關(guān)閉SyamlalObrienModel窗口。點(diǎn)擊OK關(guān)閉PhasesInteractions窗口。RunCalculation運(yùn)行計(jì)算在開(kāi)始瞬態(tài)計(jì)算之前，先定義并設(shè)置好瞬態(tài)計(jì)算中需要輸出的固體顆粒的體積分率云圖。樹(shù)中【Results】>【Graphics】>【Contours】，鼠標(biāo)左鍵雙擊Contours，彈出Contours窗口，ContourName中輸入vof_contour，在Options中勾選Filled和NodeValues，取消選擇GlobalRange、AutoRange和CliptoRange，Coloring選擇Smooth，Phase選擇solid，Contoursof選擇Phases…>Volumefraction，Min中輸入0，Max中輸入0.53，Surfaces不選擇任何邊界，點(diǎn)擊Save/Display按鈕，顯示固體顆粒的體積分率云圖。RunCalculation運(yùn)行計(jì)算（續(xù)）樹(shù)中【Solution】>【CalculationActivities】>【SolutionAnimations】，鼠標(biāo)左鍵雙擊SolutionAnimations，彈出AnimationDefinition窗口，在Recordafterevery中輸入10，每間隔10個(gè)時(shí)間步輸出一次圖片。在AnimationObject中選擇vof_contour，在AnimationView中選擇front，點(diǎn)擊Preview按鈕查看視圖并做適當(dāng)調(diào)整。點(diǎn)擊OK按鈕關(guān)閉AnimationDefinition窗口。RunCalculation運(yùn)行計(jì)算（續(xù)）樹(shù)中【Solution】>【CalculationActivities】>【Autosave(EveryTimeStep)】，鼠標(biāo)左鍵雙擊Autosave(EveryTimeStep)，彈出Autosave窗口，在SaveDataFileEvery(TimeSteps)中輸入100，每間隔100個(gè)時(shí)間步自動(dòng)保存一次該時(shí)刻的結(jié)果數(shù)據(jù)文件。在FileName中輸入bp-uns.gz，點(diǎn)擊OK按鈕關(guān)閉Autosave窗口。注意，這里使用Autosave功能的主要目的是為了防止瞬態(tài)計(jì)算出現(xiàn)意外時(shí)，可以從中途保存了結(jié)果的時(shí)刻開(kāi)始繼續(xù)計(jì)算，而不至于從頭開(kāi)始。如果需要使用CFD-Post或者EnSight對(duì)瞬態(tài)結(jié)果進(jìn)行后處理，需要將SaveDataFileEvery(TimeSteps)設(shè)置的更?。ɡ缰霸赟olutionAnimations中設(shè)置的10），以便輸出更多時(shí)刻的數(shù)據(jù)結(jié)果。RunCalculation運(yùn)行計(jì)算（續(xù)）樹(shù)中【Solution】>【RunCalculation】，鼠標(biāo)左鍵雙擊RunCalculation，在TimeStepSize中輸入0.001，在NumberofTimeSteps中輸入1400，在Options中勾選ExtrapolateVariables。菜單中點(diǎn)擊【File】>【W(wǎng)rite】>【Case&Data…】，在Case/DataFile中輸入文件名bp-init.cas.gz，點(diǎn)擊OK保存初始時(shí)刻的Case和Data文件。點(diǎn)擊Calculate運(yùn)行計(jì)算。Post-processing后處理在最左側(cè)的樹(shù)中，使用【Results】中的相關(guān)工具，對(duì)瞬態(tài)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行后處理。樹(shù)中【Results】>【Animations】>【SolutionAnimationPlayback】，鼠標(biāo)左鍵雙擊SolutionAnimationPlayback，彈出Playback窗口，在Playback中通過(guò)拖動(dòng)Frame右側(cè)的滑塊或點(diǎn)擊左右箭頭，調(diào)整到合適的幀顯示。由于之前在SolutionAnimations中定義的是每間隔10個(gè)時(shí)間步輸出一幀，瞬態(tài)計(jì)算共進(jìn)行了1400個(gè)時(shí)間步，因此一共有140