CFD|颗粒流（除尘）流体分析
颗粒在流场中的沉积分布
-颗粒的定床与动床模拟
颗粒与固体壁面的相互作用
-颗粒在壁面上的不同反射碰撞模型
根据固液两相流的物理性质，流场中的颗粒输运计算主要基于两种理论，两相流理论和非牛顿流理论。两种理论从不同的角度来处理控制方程里的各种相：
两相流理论把固液两相流看成两种流体，各自一套控制方程，通过相间的耦合关系进行求解； 非牛顿流理论把固液两相流看成一种流体，只有一套控制方程，通过剪切应力与剪切速率关系表达式联立方程进行求解。方法一、连续介质模型(混合模型和欧拉模型)
将液体看作一种连续介质，固体相抽象为另一种充满整个流场的连续介质，两种介质在同一时空中相互重叠。 优点：模型可以全面的考虑颗粒相质量,动量和能量的湍流扩散，并用统一的办法处理颗粒和流体相。 缺点：该模型只能将流场中粒子抽象为单一粒径的同型颗粒进行计算；对于高浓度下的固液两相流，由于其忽略了介质水与颗粒相之间的相互作用，因此模拟结果可能与实际过程产生偏差。 将颗粒视为离散体系拉格朗日坐标体系中对每一个颗粒按照流体对它的作用力及颗粒间碰撞产生的作用力两部分列出方程。 优点：充分考虑了流体与颗粒相之间的相互作用，在计算中考虑了颗粒物的曳力、升力、湍流随机运动。能详细描述不同粒径及粒型的颗粒物的运动轨迹以及颗粒物与壁面的相互作用。 缺点：需要记录每个颗粒在空间流场的位置和运动状态。对于计算机内存要求较大，在高浓度固液两相流计算时存在一定困难。 运用非牛顿流理论建立的单流体模型，通过考虑介质的流变性本构方程，来模拟固液两相流稳定程度的屈服应力部分和流动阻力剪切应力部分。 优点:对于复杂的固液两相流有较好的计算效果，能较好的模拟流动过程中的“二次流”现象，以及由流变性质引起的实际流动偏差。
缺点:由于该模型为单流体模型，因此无法观察颗粒的运动轨迹以及运动细节。定义颗粒的常规物理属性，颗粒可以是固体颗粒也可以是液滴近似颗粒；属性定义包括了常规物理属性和热属性。第二步定义颗粒在计算域中的生成方式或初始分布位置
定义颗粒流的质量流量或颗粒总数、颗粒形状以及初始速度、初始分布位置。
外部力模型（考虑粒子在流场中的曳力模型、浮力升力以及湍动能速度扰动）布朗运动（微观流体分子热运动撞击引起的粒子的无规则运动，此时粒子直径约为1~10μm）基于粒子动力学，流场中颗粒的运动过程大致经过两个阶段的过程进行计算。
1.Streaming：第一个阶段是移动阶段，意思是粒子以各自的速度移动的过程。2.Collision：第二个阶段是碰撞阶段，意味着粒子碰撞或与流体发生作用而导致速度变化的过程。一个单位步长期间通过两个步骤，粒子的位置和速度会交替改变。每个粒子都有自己的速度，并且在每个时间步长中都会以速度移动位置。在移动过程中，可能会发生物体与粒子之间的碰撞，并且可以考虑物体的表面粗糙度，应用各种碰撞条件。在midas NFX CFD中，采用的是二阶精度的速度-伯莱特方法。移动的粒子受到周围流体或其他作用而受力，受力的粒子会产生与力相对应的加速度，速度也会随之变化。通过计算施加在粒子上的力来计算在下一阶段的速度。
镜面反射、漫反射和混合边界 (CLL)条件用于处理粒子与任意对象碰撞的运动。1.镜面反射的情况下，入射角和反射角移动相等，
3.混合边界条件是镜面反射和漫反射的混合形式，在镜面反射方向聚焦的方向上随机移动。粒子分析中的壁面边界条件
流场中粒子运动过程中的外力：阻力及曳力模型
粒子在移动中与流体作用时受到力。因此，粒子具有跟随流体流动的性质，即阻力减小的方向。粒子的质量越小，粒子的惯性越小，所以它会跟随流体的流动，粒子的质量越大，它会偏离流体的流动。
阻力的计算公式如下：
当粒子移动时，由于流动内的速度梯度而产生升力。这种现象被称为萨夫曼升力。NFXCFD通过在垂直于流体流动的方向上以不同的自由度计算该力。
在midasNFX CFD中，考虑到作用在粒子和周围流体上的重力，密度差产生的浮力可以应用于粒子分析。浮力是通过以下表达式应用的： 湍流随机运动是一种计算湍流上旋涡与粒子之间相互作用的方法。湍流随机运动是由湍流的动能得到的速度扰动的正态分布得到的速度，以及从旋涡的持续时间经过统计处理得到的特征时间模拟的旋涡特性。如果粒子位于温度梯度存在的地方，那么粒子在温度高的方向和温度低的方向上的分子和粒子之间的力会发生不平衡，从而导致粒子从温度高的地方向温度低的地方移动。这种现象被称为热泳。每个流体分子都在以对应于热速度的速度运动，而我们看到的流体速度就是流体分子的热速度的平均值。在微粒的情况下，与粒子表面碰撞的流体分子动量也是高度可变的。这种动量偏差导致微粒的不规则运动，称为布朗运动。
旋风除尘器：借助于离心力，将旋转气流中的的颗粒从空气中分离出来，并在重力的作用下沉降排出。但对于粉尘颗粒尺寸有要求，一般对于10 mm以下的粉尘除尘效率较低。
分析旋风分离器内部气固两相流流动特性
小直径颗粒惯性小，随气流流出。
大直径颗粒重力作用占主导，沉降明显
图2 分离器内部颗粒运动速度
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