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利用DPM+Eulerian Wall File模型预测壁面液膜形成及分离现象

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2月前浏览11324

本文摘要(由AI生成):

本文介绍了一个利用DPM+Eulerian Wall File(EWF)模型预测壁面液膜形成及分离现象的案例。EWF模型可用于预测壁面薄液膜的形成及流动,且能够与离散相模型和欧拉多相流模型联合使用。EWF模型仅能用于3D求解器,且假设薄膜沿壁面法向流动,沿壁面法向的薄膜速度分量为零,薄膜沿厚度方向速度分布呈抛物线分布,温度分布呈双线性分布。本案例中,入射水颗粒在壁面上形成液膜并沿台阶流动,且在台阶的边缘位置脱离。计算过程分为三个步骤:Step 1:基本流动计算;Step 2:液膜形成过程计算;Step 3:液膜流动及温度计算。

后向台阶问题常用作评价湍流流动分离及再附预测性能的测试基准。本案例利用DPM+Eulerian Wall File(EWF)模型预测壁面液膜形成及分离现象。

EWF模型可用于预测壁面薄液膜的形成及流动。该模型能够与以下模型联合使用:

  • 离散相模型。颗粒被壁面捕捉并形成液膜

  • 欧拉多相流模型。次相被壁面捕捉并形成液膜

在EWF模型中,液膜并不利用壁面法向的网格进行求解,而是利用壁面上虚拟薄膜来近似求解。在许多情况下,我们感兴趣的是构建一个可以分离、玻璃及蒸发的液膜模型,而这些薄膜并不会影响到核心流场。在一般的多相流模型中,这种薄膜模型计算量很大,因为在壁面附近需要非常精细的网格以计算薄膜。

EWF模型仅能用于3D求解器,且EWF模型假设薄膜沿壁面法向流动,沿壁面法向的薄膜速度分量为零,薄膜沿厚度方向速度分布呈抛物线分布,温度分布呈双线性分布。

1 问题描述

本案例中,入射水颗粒在壁面上形成液膜并沿台阶流动,且在台阶的边缘位置脱离。如下图所示。

计算过程分三个步骤:

  • Step 1:基本流动计算

  • Step 2:液膜形成过程计算

  • Step 3:液膜流动及温度计算

2 基本流动计算设置

在Step 1中,仅计算空气流动。

2.1 读取网格

  • 以3D、Double Precision模式启动Fluent

  • 利用菜单File → Read→ Mesh...读取计算网格step.msh

2.2 Models设置

  • 右键选择模型树节点Models → Energy,选择弹出菜单项On启用能量方程

  • 右键选择模型树节点Models → Viscous,弹出对话框中选择菜单Model → Standard k-epsilon激活湍流模型

2.3 Materials设置

  • 鼠标双击模型树节点Materials → Fluid → air,弹出设置对话框,设置Density为ideal-gas

2.4 边界条件设置

1、inlet设置

  • 鼠标双击模型树节点Boundary Conditions → Inlet弹出设置对话框,如下图所示设置入口速度为30 m/s

  • 切换至Thermal标签页,设置温度为300 k

2、outlet设置

  • 鼠标双击模型树节点Boundary Conditions → outlet弹出设置对话框,保持默认设置

  • Thermal标签页保持默认设置

3、wall-1设置

  • 鼠标双击模型树节点Boundary Conditions → wall-1弹出设置对话框,如下图所示设置壁面温度为350 k

2.5 Initialization计算

  • 鼠标右键选择模型树节点Initialization,点击弹出菜单项Initialize进行初始化计算

2.6 Run Calculation

  • 鼠标双击模型树节点Solution → Run Calculation,右侧面板中设置参数Number of Iterations为300,点击按钮Calculate开始计算

  • 利用菜单File → Write → Case & Data...保存文件step1.cas及step1.dat

3 液膜形成计算设置

在第2步中,考虑颗粒注入及液膜形成过程。本案例中,假设流体流动不受颗粒运动影响(流体颗粒之间单向耦合),故流场被冻结,颗粒与流体之间相互作用不被考虑。

3.1入射颗粒

  • 鼠标双击模型树节点Models → Discrete Phase → Injections弹出入射口设置对话框

  • 颗粒注入参数如下表所示。

  • 设置完毕的对话框如下图所示

3.2 边界条件设置

  • 鼠标双击模型树节点Boundary Conditions → Wall-1,打开弹出对话框中的DPM标签页,设置Boundary Cond. Type为trap

  • 相同方式设置wall-2及wall-3边界

3.3 Models

  • 鼠标双击模型树节点Models → Eulerian Wall File打开设置对话框,激活选项Eulerian Film Model,如下图所示设置参数选项

  • 进入Solution Method and Control标签页,如下图所示设置参数

3.4 边界条件设置

1、wall-1

  • 鼠标双击模型树节点Boundary Condtions → Wall-1,进入对话框中的Wall Film标签页,激活选项Initial Conditions,其他参数保持默认设置

  • 相同方式设置wall-2及wall-3边界

3.5 初始化壁膜模型

  • 鼠标双击模型树节点Models → Eulerian Wall File打开设置对话框,点击按钮Initiate进行初始化

3.6 取消方程设置

  • 双击模型树节点Controls,右侧面板点击按钮Equations...,弹出的对话框中取消所有方程选择

3.7 Run Calculation

  • 鼠标双击模型树节点Solution → Run Calculation,右侧面板中设置参数Number of Iterations为300,点击按钮Calculate开始计算

计算过程中没有残差曲线,不过可以从TUI窗口中的输出信息查看计算情况。

注意检查参数absorbed,其为壁面吸收的颗粒数量。检查参数max_cfl,确保该数值不能太大,通常该数值小于0.01是可信的,该参数值也可能接近0.5。

  • 利用菜单File → Write → Case & Data...保存文件step2.cas及step2.dat

3.8 计算结果

  • wall-1、wall-2、wall-3壁面液膜厚度

  • 颗粒追踪

4 液膜温度计算

4.1 Models设置

  • 鼠标双击模型树节点Models → Eulerian Wall File打开设置对话框,激活选项Solve Energy,点击按钮Initialize重新初始化

4.2 Controls

  • 双击模型树节点Controls,右侧面板点击按钮Equations...,弹出的对话框中选择列表项Energy激活能量方程计算

4.3 Monitor

  • 鼠标双击模型树节点Monitor → Residual打开残差检测对话框,设置Convergence Criterion选项为none

4.4 Run Calculation

  • 鼠标双击模型树节点Solution → Run Calculation,右侧面板中设置参数Number of Iterations为6000,点击按钮Calculate开始计算

注:计算时间太长,我这里只计算了2000步就强制停止计算了,后面的结果只迭代了2000次。

4.4 计算结果

  • 液膜温度分布

  • 壁膜厚度

  • 颗粒温度

注:本案例也可以使用颗粒流体双向耦合来做。 
相关文件: 下载链接见附件

附件

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Fluent流体基础多相流换热散热通用
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首次发布时间:2019-06-04
最近编辑:2月前
CFD之道
博士 | 教师 探讨CFD职场生活,闲谈CFD里外
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5条评论
恶龙咆哮
签名征集中
2年前
请问max_cfl值特别高应该怎么办
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崩溃大陆
签名征集中
3年前
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仿真小刘
仿真无限,努力无限。
3年前
文章不错
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Capricorn-J
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4年前
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伊芙利特
keep moving
4年前
学习
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