十七、DPM模型參數(shù)設(shè)置詳解
上篇文章只是給出了DPM模型的一個(gè)案例，本篇文章就來(lái)詳細(xì)介紹一下DPM模型參數(shù)設(shè)置的意義。? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
當(dāng)打開(kāi)Discrete Phase模型時(shí)，會(huì)彈出下圖的窗口，我們來(lái)逐項(xiàng)分析選項(xiàng)的設(shè)置意義。
1.Interaction
表示雙向耦合，即連續(xù)相和離散相之間的相互影響。
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耦合VS非耦合
非耦合：當(dāng)不勾選Interaction選項(xiàng)，DPM顆粒的唯一用途是用于后處理，通過(guò)后處理中的粒子軌跡能夠看到流場(chǎng)的變化。顆粒可以受到傳熱傳質(zhì)的影響，但相應(yīng)的變化(如蒸發(fā)液滴的蒸汽)不會(huì)影響溶液的流動(dòng)。
耦合：當(dāng)勾選Interaction選項(xiàng)，顆粒會(huì)影響流體的流動(dòng)，如當(dāng)曳力作用于粒子時(shí)，存在的動(dòng)量交換會(huì)改變流體的流動(dòng)，這些影響作為DPM SOURCE傳遞到連續(xù)相。一般情況下，如果我們考慮粒子受力情況，我們的工況都應(yīng)該是考慮到雙向耦合的。
2.Particle Treatment
表示顆粒追蹤方式，有穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)之分。
穩(wěn)態(tài)VS非穩(wěn)態(tài)
穩(wěn)態(tài)：如果不勾選Unsteady Particle Tracking，則表示穩(wěn)態(tài)追蹤，則在粒子釋放后，將對(duì)其進(jìn)行跟蹤，直到它根據(jù)邊界類型（指文章十六中的Escape、trap邊界），到達(dá)其最終目的才會(huì)停止追蹤。在穩(wěn)態(tài)追蹤下，如果粒子無(wú)法到達(dá)這些邊界，那么就會(huì)停留在其中，計(jì)算會(huì)不完全。
后處理中顯示Particle?Residence Time（粒子停留時(shí)間），同時(shí)控制面板顯示number tracked?= 146, escaped = 146。
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以文章16中的案例為例，我們使用的就是穩(wěn)態(tài)追蹤，Wall邊界設(shè)置為Reflect、Outlet邊界設(shè)置為Escape，表示粒子遇到Wall會(huì)反彈，只有遇到Outlet才會(huì)從流場(chǎng)中流出。計(jì)算結(jié)果顯示，最大的粒子停留時(shí)間達(dá)到了725s；number tracked = 146, escaped = 142, incomplete = 4，共146個(gè)粒子，有4個(gè)沒(méi)有流出。
非穩(wěn)態(tài)：如果勾選Unsteady Particle Tracking，表示非穩(wěn)態(tài)追蹤，則將按一定的時(shí)間步長(zhǎng)對(duì)每個(gè)粒子進(jìn)行追蹤，而不一定到達(dá)指定邊界，計(jì)算達(dá)到時(shí)間步長(zhǎng)之后，則更新連續(xù)相。應(yīng)當(dāng)指出，Unsteady Particle Tracking和連續(xù)相的穩(wěn)態(tài)非穩(wěn)態(tài)無(wú)關(guān)。
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3.Tracking
參數(shù)Max.Number of Steps
可能會(huì)有同學(xué)有疑問(wèn)，不是說(shuō)粒子不遇到特定邊界類型就會(huì)一直追蹤嗎？上面的例子有4個(gè)粒子沒(méi)有從流出中流出，為什么還是停止計(jì)算了呢？
這是因?yàn)槲覀冊(cè)贒PM模型設(shè)置指定了Max.Number of Steps，表示計(jì)算次數(shù)，類似于穩(wěn)態(tài)計(jì)算中的迭代次數(shù)。如果在此之前所有粒子逸出，那么停止追蹤。如果粒子一直不逸出，達(dá)到最大計(jì)算次數(shù)，仍然會(huì)停止追蹤粒子。
我們將這個(gè)數(shù)值由50000改成500后，粒子最大停留時(shí)間變?yōu)榱?1.4s；number tracked = 146, escaped = 130, incomplete = 16，有16個(gè)粒子沒(méi)有逸出。
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將Max.Number of Steps仍然等于50000，如果將Wall邊界設(shè)置為trap、Outlet邊界設(shè)置仍為Escape時(shí)，結(jié)果顯示最大的粒子停留時(shí)間為7.68s；number tracked = 146, escaped = 115, trapped = 31，從Outlet流出115，被壁面捕獲31。
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總結(jié)來(lái)說(shuō)，就是穩(wěn)態(tài)時(shí)，要么所有粒子完全到達(dá)指定邊界，要么計(jì)算達(dá)到Max.Number of Steps設(shè)置的最大值，這兩種情況下對(duì)于粒子的追蹤才會(huì)停止。
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參數(shù)Specify?length scale：輸入公式中的L，控制積分時(shí)間步長(zhǎng)的參數(shù)，L與積分時(shí)間步長(zhǎng)成正比，相當(dāng)于粒子再次求解其運(yùn)動(dòng)方程和更新其軌跡之前的移動(dòng)距離。顯然其值越小顆粒運(yùn)動(dòng)越精確。
參數(shù)Step length factor：輸入λ，λ與積分時(shí)間步長(zhǎng)成反比，等于通過(guò)當(dāng)前連續(xù)相位控制體積所需的時(shí)間步長(zhǎng)數(shù)。其值越大，顆粒運(yùn)動(dòng)。
4.Physical Models
表示DPM模型中，可以對(duì)顆粒考慮力和其他的作用，如碰撞、破裂等。
從上到下依次為：
Thermophoretic Force：熱泳力
Saffnan Lift Force：薩夫曼升力
Virtual Mass Force：虛擬質(zhì)量力
Pressure Gradient Force：壓力梯度力
Erosion / Accretion：侵蝕/積聚
DEM Collision：DEM碰撞
Stochastic Collision：隨機(jī)碰撞
Breakup：顆粒破裂
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5.UDF
可以通過(guò)UDF的方式對(duì)顆粒所受到的體積力、DPM源項(xiàng)及時(shí)間步長(zhǎng)等進(jìn)行指定。同樣也可以通過(guò)求解輸運(yùn)方程的方式對(duì)DPM模型進(jìn)行求解。
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需要指出，DPM模型的UDF和普通的UDF形式上不太相同，DEFINE宏中間一般包含DPM關(guān)鍵字。如DEFINE_DPM_BC、DEFINE_DPM_BODY_FORCE
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6.Numerics
控制粒子跟蹤的數(shù)值方案以及熱量和質(zhì)量方程
如Tracking Options用來(lái)控制求解方程的誤差，其中Accuracy Control允許在指定公差內(nèi)求解運(yùn)動(dòng)方程。
Coupled Heat-Mass Solution表示熱質(zhì)耦合，使用耦合ODE解算器，對(duì)液滴、燃燒或多組分粒子進(jìn)行容錯(cuò)控制，從而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)方程的求解。
7.Parallel
用于控制對(duì)離散相模型的并行處理，包含控制并行執(zhí)行離散階段計(jì)算的計(jì)算節(jié)點(diǎn)的參數(shù)。包含三種方法，分別為Message Passing(信息傳遞)，Shared Memory(分享內(nèi)存)和Hybrid(前兩種方法的混合)。關(guān)于并行計(jì)算，由于2020版本的Fluent不再有串行的概念，因此掌握并行計(jì)算的概念很有必要，尤其對(duì)并行UDF而言。
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8.總結(jié)
對(duì)于DPM模型，第6點(diǎn)和第7點(diǎn)一般保持默認(rèn)即可，不必更改。物理模型的選擇和UDF的使用可能較多。下次我們?cè)敿?xì)介紹一下Injection的設(shè)置中可能存在的一些問(wèn)題
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