【FLUENT案例】06:与EDEM耦合计算

折腾了很久才把耦合模块搞定,用的还是网上别人编译好的UDF,不完美。自己编译的时候,老是提示无法找到fluent中的一些头文件,个人怀疑是操作系统和visual studio的问题,有时间换个系统和VS再试试,其实也挺简单。

此测试案例是EDEM官方提供的。

软件设置分为两部分,其中包括在FLUENT设置和EDEM设置,计算模型可以采用同一模型,也可以采用不同的网格模型,这里采用同一套网格模型。(EDEM可以读入msh文件)。

1 案例描述

案例模型很简单,如下图所示的交叉管,流经模型的介质包括连续相的水和颗粒相。

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2 FLUENT设置

2.1 导入网格文件

  • 启动FLUENT,利用菜单File | Read | Mesh…导入网格文件intersection_vertical.msh
  • 选择General面板中的Scale…按钮,确保网格模型尺寸,如下图所示。

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2.2 General面板及Material

  • 设置Time为Transient,采用瞬态计算
  • 设置Z轴方向重力加速度-9.81
  • 添加材料water-liquid

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2.3 Cell Zone Conditions

  • 设置Cell Zone Conditons里头的区域介质为water-liquid,如下图所示。

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2.4 Boundary Conditions

  • 设置inlet边界入口速度为5m/s,如下图所示

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2.5 Models

  • 采用标准k-epsilon模型计算

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2.6 加载EDEM宏

  • 打开user-defined > Functions > Manage…

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  • library Name中输入udf所在路径,点击load按钮加载udf宏

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  • 加载完毕后,在Models树节点下出现EDEM子节点,如下图所示

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    点开来看,设置对话框如下图所示。

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    此对话框一会儿再设置。现在转入EDEM设置。

3 EDEM设置

3.1 设置模型描述

  • 启动EDEM,点击菜单**File > Save”,在弹出的文件保存对话框中保存工程文件,默认名称New EDEM input deck.dem
  • Global标签页中,设置Title为2-phase Eulerian

3.2 设置材料

  • 创建新的材料“Particle”,设置材料属性如图所示。

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  • 单击 Transfer 按钮打开 Material/Interactions Transfer 对话框.
  • 从材料数据库中 Transfer steel 到 simulation。
  • 设置 material interactions, particle – particle 和 particle – steel,使用默认值

3.3 定义颗粒

  1. 单击颗粒标签。
  2. 单击 + 按钮输入名字 „Eulerian particle‟。
  3. 设置半径 2mm。
  4. 设置 X 为-0.5 mm。
  5. 单击+创建一个新的表面。
  6. 设置半径为 2mm。
  7. 设置 X 为 0.5 mm。
  8. 颗粒的材料为’particle’。
  9. 点击 lculate Properties,自动计算出颗粒的质量、体积等属性。

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3.4 定义几何

  • 定义几何材料
  1. 打开 Geometry 标签。点击Import…按钮,导入网格文件intersection_vertical.msh
  2. 在 Details 标签中,选择材料为 steel。

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  • 创建颗粒工厂几何

  1. 单击+按钮选择 polygon,命名 “factory”。
  2. 在 Details 中选择 Virtual。
  3. 选择 Polygon 按钮,设置如下:

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3.5 创建颗粒工厂

  • 创建颗粒工厂、设置颗粒工厂类型
  1. 点击 Fcatories 标签。
  2. 点击+按钮,添加一个新的颗粒工厂。
  3. 设置工厂类型为 Dynamic。
  4. 选择 Unlimited Particles。
  5. 选择速率 to 2.5e3 particles/s。

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  • 设置初始条件

  1. 在下拉菜单中确定选择„factory‟ 。
  2. 选择速度为 linear 或者 spray 点击设置按钮。
  3. 设置速度大大小 z=5m/s。

    固相的设置已经完成。

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3.6 求解器

  • 设置时间步长
  1. 点击 Simulator 标签。
  2. 设置时间步长为 39%。

    调整时间步长为 8e-5s。 EDEM 里面的时间步长与 Fluent 里面的时间步长比例一般在 1:1 到 100:1 之间。 EDEM 时间步长不能大于 Fluent 的时间步长。
  • 设置 data write-out frequency
  1. 设置 write out frequency 为 0.01s。

    如果有必要按时返回,从一点重新进行模拟,自动保存 case 和 data 必须在 fluent 选

    择。
  • 设置网格
  1. 设置网格尺寸为 3.5 Rmin。这将生成约 60,000 网格。
  • 跟踪碰撞
  1. 标记 Track Collisions 。

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3.7 启动耦合器

  • 选择菜单Tools > EDEM Coupling Options > Show Coupling Server
  • 在右下角对话框中点击按钮Start,之后EDEM处于监听状态

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4 fluent其他设置

返回到FLUENT中继续设置

  • 设置 2-phase 模拟
  1. 选择 Eulerian 作为耦合方法。
  2. 选择”fluid‟ 。
  3. 设置 sample points 为 10。

    如果 sample points 为 10, 一个大的颗粒可以在 10 个网格中传输。增加 samplepoints 的大小,增加了模拟的稳定性但是减少了速度。
  4. 设置 momentum („MTM‟) under-relaxation 为 0.7。

    减少松弛因子增加了模拟的稳定并且更加容易收敛。然而可能会使用到更多的迭代来实现收敛 。
  5. 设置 volume under-relaxation 为 0.6。
  6. 点击Open按钮,选择New EDEM input deck.dem文件
  7. 点击 OK。

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此时看TUI输出窗口信息如下图所示,表示已经成功耦合。

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此时看EDEM中耦合服务器状态,如下图所示。已经成功耦合。

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  • 初始化、设置文件选项
  1. 初始化。

    a) 选择 Solve > Initialize > Initialize。

    b) 选择 Compute from Inlet, 单击 Init t。
  2. 设置 autosave case and data option 为 25。

    a) 选择 File > Write > autosave。

    b) 设置为 25。时间步长为 2e-3 s,即数据文件每隔 0.05s 保存一次。
  3. 点击 File > Write > Case & Data 保存 case(.cas)和 data (.dat)文件。

    .dat 文件包含了在 0s 点的几何、边界条件和其他液相(固相)信息。这个文件包含了几何、边界条件和其他仿真参数。

    在仿真过程中, case 和 data 自动保存, EDEM 的文件也自动保存。

  • 在 Fluent 设置时间

  1. 选择 Solve > Iterate,设置时间步长为 2e-3. 。这个味 EDEM 的时间步长的 25 倍。
  2. 设置时间步数为 500 步。也就是说仿真一共进行 1s。
  3. 设置每个时间步长的迭代步数为 60.对于 Eulerian-Eulerian 仿真,步数为 50-200。
  4. 选择 Iterate 开始模拟仿真。 EDEM 将会自动运行。

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5 后处理

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