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Fluent DPM模型顆粒追蹤方式討論

2023-06-09 16:04 作者:打包歐賽文 0人讀過(guò) | 我要投稿

最近在做的項(xiàng)目需要使用DPM模型，于是找了一些資源來(lái)了解，如：官方案例19選擇催化還原、用戶手冊(cè)、理論手冊(cè)等。由于我本人做過(guò)開(kāi)源的DPM模型，本以為會(huì)輕松上手，但沒(méi)想到對(duì)Fluent的DPM模型越看越迷糊，今天騰出些時(shí)間做了一個(gè)案例來(lái)研究DPM模型設(shè)置頁(yè)面的某些參數(shù)的意義，整理如下。

DPM模型即多相模型，流體視為連續(xù)相，以歐拉觀點(diǎn)求解；顆粒視為離散相，以拉格朗日觀點(diǎn)求解即跟蹤每個(gè)顆粒。以往我做過(guò)的開(kāi)源DPM模型中，兩相均為瞬態(tài)求解，即都需要時(shí)間項(xiàng)，研究?jī)上嚯S時(shí)間的演化過(guò)程。然而Fluent中這兩相均可設(shè)置為穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)，互相組合即為以下四種，

流體瞬態(tài)，顆粒瞬態(tài)
流體瞬態(tài)，顆粒穩(wěn)態(tài)
流體穩(wěn)態(tài)，顆粒瞬態(tài)
流體穩(wěn)態(tài)，顆粒穩(wěn)態(tài)

第1種是最好理解的，也是傳統(tǒng)的CFD-DEM模型的思路，一般顆粒的時(shí)間步比流體小，計(jì)算若干步顆粒的運(yùn)動(dòng)再與流體耦合一步；

第2種流體每更新一個(gè)時(shí)間步（更新不同于迭代，需要經(jīng)過(guò)若干次迭代才能更新一步），則預(yù)測(cè)顆粒在該過(guò)程終了時(shí)刻的狀態(tài)；

第3、4種是我著重關(guān)注的。流體穩(wěn)態(tài)會(huì)在General頁(yè)面設(shè)置，而顆粒追蹤方式則在DPM模型設(shè)置頁(yè)面中，如下圖，流體每計(jì)算10個(gè)迭代步就要耦合一次顆粒的計(jì)算結(jié)果。圖中顆粒為非穩(wěn)態(tài)即瞬態(tài)追蹤，其中Particle Time Step Size與Number of Time Steps需要用戶給定，而后者的含義困擾了我很久，今天通過(guò)改變這個(gè)參數(shù)觀察了計(jì)算結(jié)果。

算例很簡(jiǎn)單，顆粒從入口注入容器，流體設(shè)置為穩(wěn)態(tài)求解，流體共計(jì)算300步（這里的步指的是迭代次數(shù)），DPM模型設(shè)為每10步耦合一次，如上圖。首先考察顆粒非穩(wěn)態(tài)追蹤，顆粒時(shí)間步長(zhǎng)設(shè)為0.001s，總結(jié)如下表

Number of Time Steps????1????10
結(jié)果中的顆粒停留時(shí)間????0.03s????0.3s

可以看出，顆粒共被計(jì)算了30次，每次輪到計(jì)算顆粒時(shí)，若NT=1，則只計(jì)算1個(gè)顆粒時(shí)間步，故一共更新了0.03s；NT=10，則會(huì)在當(dāng)前流場(chǎng)下計(jì)算顆粒在10個(gè)時(shí)間步內(nèi)的變化，故停留時(shí)間最終為0.3s。兩種情況下，很明顯，顆粒最終所處位置距離出口的遠(yuǎn)近也完全不同。個(gè)人認(rèn)為，NT設(shè)的越大，越不利于兩者的耦合計(jì)算收斂。

顆粒設(shè)為非穩(wěn)態(tài)追蹤的話，顆粒最終的狀態(tài)取決于計(jì)算的時(shí)間步以及所設(shè)置的Max Number of Steps，即顆粒不會(huì)呈現(xiàn)完整的、穩(wěn)態(tài)時(shí)的分布。而設(shè)為穩(wěn)態(tài)追蹤的話，即使只計(jì)算了幾步，計(jì)算結(jié)果的顆粒軌跡圖也會(huì)充滿整個(gè)流場(chǎng)，即呈現(xiàn)出穩(wěn)態(tài)的結(jié)果。

以上均是從今天的計(jì)算案例中獲得的一些感悟，除此之外，還了解了關(guān)于injection的一些設(shè)置，如下圖