多相流动——分散相模型

多相流动分散相模型分散相模型n湍流弥散n分散相与连续相的耦合n颗粒类型n边界条件n分散相初始化分散型(dispersed)多相流分散型(dispersed)多相流n空气中的灰尘，水中的杂质，云和雾，风沙，泥石流n生物体内血液流动n工程中的气力和水力输送，粉尘分离和收集，n液雾喷涂，喷雾干燥和喷雾冷却，n液雾燃烧，煤粉燃烧，流化床，等离子体化工n蒸汽轮机内湿蒸汽流动n锅炉和核反应堆内汽水泡状流动n石油管道内油水和油气水泡状流动，n炼钢炉内含气泡和夹杂颗粒的流动n换热器、化工反应器、航空和火箭发动机燃烧室分散型多相流的模拟方法n欧拉法n单流体模型,混合物模型,多流体模型n含尘气体方法(the dusty gas approach)n小滑移欧拉方法(equilibrium Eulerian approaches)n拉格朗日颗粒-质点方法n单向耦合，单颗粒动力学模型n双向耦合，颗粒轨道模型n确定性轨道模型(deterministic trajectory model)n随机轨道模型(stochastic trajectory model)n四向耦合，考虑颗粒之间的相互作用把颗粒当作质点，直接模拟把颗粒当作质点，直接模拟分散型多相湍流湍流的模拟nRANSnEuler法多流体RANSn连续相RANS，分散相颗粒轨道模型nLES：连续相LES，分散相颗粒轨道模型n直接求解（DNS）n颗粒点源直接求解方法：连续相直接模拟，分散相颗粒轨道模型n完全直接求解(Full or True direct simulation)：对颗粒采用阵面追踪(front tracking)或水平集(1evel-set)等方法处理相分界面，模拟颗粒周围的流场细节颗粒点源与完全直接求解的网格分散多相流完全直接求解分散相的拉格朗日求解n体积力n表面力n碰撞作用力表面力n完全直接求解，精确积分：n颗粒轨道方法，经验近似：n误差来源：非球形，变形，变质量分散相内外相互作用n气泡的生成（空化），聚集，融合，破碎n液滴的雾化，碰撞，融合，破碎n颗粒的碰撞，磨蚀n与壁面的碰撞n与湍流的作用分散相与湍流相互作用n湍流弥散(turbulent dispersion)：湍流对分散相的输运n湍流调制（turbulence modulation）：分散相对湍流的增强或抑制作用n抑制机制：颗粒载荷使惯性增强;颗粒阻力造成的额外耗散;颗粒的存在使得粘性增加n增强机制：颗粒尾流和涡脱离造成的速度波动的增强;选择性聚积现象产生的密度梯度造成浮力不稳定性增强Fluent分散相模型概述n模型选项n根据分散相的惯性和受力计算其运动轨迹n湍流对分散相的弥散作用，液滴的破碎与融合n分散相的加热/冷却，液滴的蒸发与沸腾n燃烧，包括挥发份析出以及焦炭燃烧模型n连续相与分散相间的双向耦合n模型假定：n分散相非常稀薄，未考虑颗粒-颗粒之间的相互作用、颗粒体积分数对连续相的影响n分散相的体积分数要小于10-12%。但颗粒质量承载率可以大于10-12%，模型的使用限制n分散相的体积分数要小于10-12%n稳态稳态分散相模型只适用于具有确切定义的入口与出口边界条件的问题，不能模拟在连续相中无限期悬浮的颗粒n与其它模型同时使用的限制：n不能与沿流向的周期性流动同时使用n使用预混燃烧模型，颗粒类型只能是非反应型的n动网格中，面喷射源将生变动，边界面喷射源随网格运动，其它面喷射源在网格重构后删除nCloud模型不能用于非稳态计算nWall-film模型只适用于液体材料n在旋转坐标系计算中，粒子喷射速度是相对于转动坐标系的。料子迹线的显示没有意义n动网格计算中粒子喷射速度是相对于绝对坐标系的Fluent中的粒子运动模型粒子运动控制方程体积力阻力其它力颗粒的受力分析n体积力n阻力n其它力n虚拟质量力nBasset力nMagnus升力、Saffman升力n热泳力、光电泳力、声泳力n静电力n布朗力重力：在重力：在Operating Conditions 中定义中定义阻力系数CD光滑球形颗粒的光滑球形颗粒的Morsi and Alexander定律定律Haider and Levenspiel定律定律形状因子微米颗粒的微米颗粒的Stokes定律定律动态阻力模型颗粒所受其它力n旋转参考坐标系内产生的附加力n压力梯度力颗粒所受其它力n虚拟质量力nBasset力颗粒所受其它力nMagnus升力:颗粒旋转产生升力nSaffman升力颗粒所受其它力n热泳力n亚微米颗粒的布朗力,高斯白噪声模型n谱强度：n幅值：颗粒所受其它力n光电泳力、声泳力n静电力湍流引起的颗粒弥散湍流引起的颗粒弥散n随机追踪模型（Stochastic Tracking Model）n利用随机方法模拟瞬时湍流速度脉动对颗粒轨迹的影响n可以考虑颗粒对连续相湍动能的产生和耗散的影响n颗粒云模型（ParticleCloud Model）n追踪颗粒云的平均轨迹n颗粒在颗粒云中的分布用围绕平均轨迹的高斯概率密度函数（PDF）表示(turbulent dispersion)随机追踪模型n使用沿积分路径的瞬时流体速度u+u 对单个颗粒运动方程进行积分，计算轨迹n通过计算大量样本颗粒，可以模拟出湍流对颗粒弥散的随机影响。脉动速度的确定n离散随机游走模型（Discrete Random Walk,DRW）n脉动速度随机生成n在单个离散的时间段时间段内保持常数：正态分布随机数：正态分布随机数DRW模型中的特征时间n脉动速度在单个离散的时间段内保持常数n这个时间段为颗粒与连续相相互作用的持续期：涡寿命时间与颗粒穿过涡的时间两者中较短者涡寿命涡寿命颗粒穿过涡的时间颗粒穿过涡的时间或或Lagrangian积分时间积分时间颗粒云模型(Partical Cloud Model)n颗粒云以一个点源或是具有初始直径的颗粒团的方式进入n求解全部颗粒的系综平均运动方程系综平均运动方程获得颗粒云平均轨迹n应用统计方法计算颗粒围绕平均轨道的湍流扩散。n颗粒在平均轨迹周围的浓度用高斯概率密度函数（PDF）描述，其方差根据湍流脉动所引起的颗粒弥散程度确定。颗粒云模型(Partical Cloud Model)n颗粒在平均轨迹周围的分布n颗粒云中心随时间的变化（颗粒平均轨迹）通过积分系综平均的颗粒速度获得颗粒是确定的颗粒是确定的位置是随机的位置是随机的概率密度函数的平均值概率密度函数的平均值即为颗粒云中心即为颗粒云中心n颗粒云半径用PDF方差计算弥散程度：颗粒云半径颗粒云半径为方差的颗粒云半径为方差的 3倍倍连续相物性在颗粒云内平均连续相物性在颗粒云内平均，用于计算颗粒云平均轨迹，用于计算颗粒云平均轨迹Fluent湍流弥散模型设置n随机追踪nNumber Of Tries不能与不能与Spalart-Allmaras模型联用模型联用液滴在连续相中的蒸发单组分液滴蒸发假定：假定：理想气体状态方程理想气体状态方程液滴表面分压等于饱和压力液滴表面分压等于饱和压力单组分液滴蒸发n液滴蒸发模型参数n饱和压力：温度的多项式函数n扩散系数n液滴质量的变化多组分颗粒模型多组分液滴蒸发n与单组分类似：n不同之处：pi:组分i在液滴表面的分压假定液滴表面处于相平衡，根据相平衡条件（逸度相等）：拉乌尔(Raoult)定律：Fluent默认的相平衡公式假定：理想气体，理想液体局限：局限：Raoult定律只对分子结构相似的多组分体系近似成立定律只对分子结构相似的多组分体系近似成立液雾模型雾化喷嘴模型液滴的碰撞与破碎模型雾化喷嘴模型n平口喷嘴（plain-orifice nozzle）n旋流喷嘴(Pressure-Swirl Atomizer or simplex atomizer.)n扇面喷嘴（Flat-Fan Atomizer）n气爆雾化喷嘴（airblast atomizers）、气体辅助雾化喷嘴（air-assist atomizers）n气泡雾化喷嘴（effervescent atomizer）上述喷嘴模型自动产生时空随机分布的液滴上述喷嘴模型自动产生时空随机分布的液滴喷嘴产生液滴的随机分布n随机分布的优点n接近真实情况n使液液滴均匀分布于各网格单元，有助于收敛n随机分布生成方法n时空交错（staggering）n液滴运动方向的随机选择平口喷嘴（plain-orifice nozzle）single-phasecavitatingflipped平口喷嘴及其内部流态平口喷嘴及其内部流态平口喷嘴模型喷嘴内部流态喷嘴内部流态出口液滴的速度雾化角尺寸分布雾化质量：雾化质量：喷嘴内部流态n影响因素压头压头Re数：数：空化参数空化参数收缩系数收缩系数喷嘴流态方程喷嘴上下游的压力可能变动，喷嘴流态喷嘴上下游的压力可能变动，喷嘴流态方程需迭代求解来确定喷嘴流态方程需迭代求解来确定喷嘴流态用户定义用户定义flipped cavitatingsingle-phase初始参数初始参数？否出口液滴的速度尺寸分布n采用Rosin-Rammler分布函数作为液滴直径分布n最可几液滴直径d0根据Sauter平均直径d32计算0expsidRdflipped cavitatingsingle-phases=3.5s=1.5s=旋流喷嘴(Pressure-Swirl Atomizer)液体经旋流槽加速并流入旋流室液体被离心力甩向旋流室壁并形成一个空心锥液体不断变薄以液膜形式从喷嘴出口离开液膜破碎经丝状变为液滴t:液膜厚度dinj:喷嘴出口直径n喷嘴出口液滴速度n雾化角:用户输入n液膜厚度t旋流喷嘴模型t旋流喷嘴模型n采用Rosin-Rammler分布函数作为液滴直径分布0expsidRds=3.5或h为液膜厚度，Ks为最不稳定模式的波数不稳定模式的色散关系：Ks为使最大的k气爆雾化喷嘴（airblast atomizers）、气体辅助雾化喷嘴(air-assist atomizers)n液体通过喷孔形成液膜，空气冲击液膜促进雾化，形成更小液滴n与旋流喷嘴模型类似n差别：n液膜厚度直接给定n液膜与空气的最大相对速度U也给定n液膜厚度较大，假定液膜破碎由短波引起，丝带直径为扇面喷嘴(Flat-Fan Atomizer)液体从狭长的缝隙喷孔喷出，形成平面无旋液膜，然后破碎为液滴。仅可用于仅可用于3D模型模型扇面喷嘴模型n与旋流喷嘴相似n区别：n对于短波，假定在半个波长间隔处形成丝带，因而丝带直径为n把dL直接取为Rosin-Rammler分布的特征直径，分布指数为3.5，弥散角默认为6o气泡雾化喷嘴（effervescent atomizer)n被雾化液体中含有的过热液体，离开喷孔后迅速发生相变，使得液体破碎成小液滴，并形成较大扩散角。n出口液滴速度：n液滴尺寸分布：Rosin-Rammler。分布指数为4.0。特征直径取决于液滴随机轨迹与喷射方向的夹角：mixture quality:dispersion angle multiplier:dispersion constant雾化过程产生的蒸汽为连续相雾化过程产生的蒸汽为连续相必须在喷嘴处创建一个连续相的进口边界必须在喷嘴处创建一个连续相的进口边界液滴的碰撞模型n粒子包粒子包碰撞nORourke算法n同一网格单元内的液滴才能相碰n碰撞概率n碰撞结果n融合n反弹模型的限制：模型的限制：We=Y为0到1之间的随机数液滴破碎模型nTaylor 比拟模型(Taylor analogy breakup,TAB)n适于低Weber数低速喷射n波动破碎模型（wave model）n适用于Weber数 100的情况，如高速燃料喷射TAB模型n基于液滴的振动和变形与弹簧质量系统之间的Taylor比拟n求解液滴振动和变形的控制方程，当液滴振动发展到临界值时，父液滴破碎为一定数量的子液滴n由于液滴变形，阻力系数采用动态阻力模型确定n液滴变形方程：n破碎条件：TAB模型即TAB模型n子液滴特征尺寸，r32n由能量守恒确定n假定子液滴没有变形n子液滴尺寸分布：Rosin Rammler nd0 =r32 ，s=3.5n子液滴数目：由质量守恒得到n子液滴初始位置：均匀分布于父液滴垂直于相对速度的赤道线上n子液滴初始速度波动破碎模型n液滴破碎是由于液相与气相之间的相对速度引起的n假定在We 100的情况下，Kelvin-Helmholtz不稳定性支配液滴破碎过程注：此模型会产生大量子液滴，初始液滴数可适量减小注：此模型会产生大量子液滴，初始液滴数可适量减小波动破碎模型n子液滴半径：n父液滴半径：n子液滴速度：大小与父液滴一样，方向随机为父液滴上的增长最快为父液滴上的增长最快的不稳定波的波长的不稳定波的波长B0可取为可取为0.61和和为父液滴上的增长最快不稳定波的波长和频率，为父液滴上的增长最快不稳定波的波长和频率，可由射流不稳定模式的色散关系求得：可由射流不稳定模式的色散关系求得：单向与双向耦合n质量交换n动量交换n能量交换动量交换能量交换质量交换相间交换项的亚松驰n亚松驰因子的缺省值为0.5，为了改善稳定性，可以降低亚松驰因子用颗粒随机追踪模型和颗粒云模型时的相间交换Fluent中的颗粒类型n“惰性的”、“液滴”、“燃烧的”和“多组分的”n每种类型分别遵从被命名为规律1 规律7的七种传热和传质规律。每种规律有其特定的传热传质方程Fluent中的颗粒类型nInert（惰性的）：可以为固体颗粒、液滴或气泡，加热或冷却规律（规律1）支配nDroplet（液滴）：液体颗粒液体颗粒，（规律1）以及蒸发和沸腾规律（规律2和规律3）支配。在模拟传热和组分输运传热和组分输运，或采用了非预非预混或部分预混燃烧模型混或部分预混燃烧模型时，液滴类型颗粒可用。连续相必须为气相，且其密度由理想气体状态方程确定nMulticomponent（多组分的）：混合物液混合物液滴滴，受多组分规律（规律 7）支配，密度采用体积加权平均Fluent中的颗粒类型nCombusting（燃烧的）：n固体颗粒固体颗粒，受规律1、脱挥发规律（规律4）、异相表面反应规律（规律5）以及非挥发性部分的惰性加热规律（规律6）支配。n连续相必须为气相，且其密度由理想气体状态方程确定n当选择Wet Combustion（湿燃烧）选项时，此种颗粒可以含有在挥发发生之前受蒸发和沸腾规律（规律2和规律3）支配而蒸发或沸腾的物质。n在模拟传热和至少有3种组分的组分输运时，或采用了非预混燃烧模型时，燃烧类型颗粒可用。惰性加热或冷却（规律1/规律6）n使用条件：n颗粒温度低于指定的蒸发温度n颗粒的挥发分fv,0耗尽时Law 1Law 6n规律1和规律6起效时，颗粒不与连续相发生质量交换，不参与化学反应惰性加热或冷却（规律1/规律6）n能量平衡方程，忽略颗粒内部传热热阻只有采用只有采用P-1或或DO辐射模辐射模型，并在型，并在DPM模型中选择模型中选择了了Particle Radiation Interaction选项，对颗粒选项，对颗粒的热辐射传热才被计入的热辐射传热才被计入液滴蒸发（规律2）n当液滴温度达到蒸发温度Tvap以上,沸点温度Tbp以下，且液滴的挥发分耗尽之前，液滴按规律2发生蒸发过程。即规律2的条件为：n蒸发过程一旦开始，即使液滴温度重又降低至Tvap以下，蒸发过程也将继续进行。直到液滴温度降低至露点温度以下液滴蒸发（规律2）假定：假定：理想气体状态方程理想气体状态方程液滴表面分压等于饱和压力液滴表面分压等于饱和压力液滴蒸发（规律2）n传热液滴沸腾（规律3）n液滴温度达到沸点时且挥发分耗尽之前的沸腾。即规律3的条件为：n控制方程考虑辐射：考虑辐射：挥发分析出（规律4）n颗粒温度达到蒸发温度Tvap且挥发性质量完全释放之前发生的挥发分析出过程nFluent脱挥发分模型：n常速率模型（The Constant Rate Model）n单动力学模型(The Single Kinetic Rate Model)n双竞争速率模型（The Two Competing Rates Model）（Kobayashi模型）n化学过滤脱挥发分模型（The Chemical Percolation Devolatilization(CPD)Model)常速率模型表面反应（规律5）n挥发分完全析出后，开始发生消耗可燃成分的表面反应。发生条件为：n模型n扩散控制速率模型（The Diffusion-Limited Rate Model）n动力学/扩散控制速率模型（The Kinetic/Diffusion-Limited Rate Model）n预测性模型（The Intrinsic Model）n多重表面反应模型（The Multiple Surface Reactions Model）多组分颗粒（规律7）颗粒的质量颗粒的质量颗粒的密度颗粒的密度质量和能量的控制方程：质量和能量的控制方程：包括加热、沸腾等所有过程，因为包括加热、沸腾等所有过程，因为在多组分混合物中很难把它们严格区分开在多组分混合物中很难把它们严格区分开分散相边界条件分散相边界条件nreflect（反射）：颗粒从边界上弹回，其动量变化由恢复系数确定。n法向恢复系数en：颗粒与边界碰撞后法向动量保留的比例n和切向恢复系数et：切向动量保留的比例分散相边界条件ntrap（捕获）：轨迹计算在边界处终止。对于挥发性颗粒其可挥发分质量瞬时变为蒸汽并进入与边界毗邻的单元。分散相边界条件nescape（逃逸）：颗粒离开计算域，其轨迹计算在边界处终止分散相边界条件nwall-jet（壁面射流）：n假定液滴碰撞到壁面，形成无粘射流。液滴的方向和速度由动量守恒确定n适用于以高Weber数碰撞高温壁面，不形成明显液膜的情形分散相边界条件nwall-film（壁面液膜）：Section 22.4.of User Guideninterior（内部）：n用户自定义：用UDF定义分散相边界条件分散相边界条件n默认设置nReflect：wall,symmetry,axis，恢复系数为1nEscape：所有进出口边界，pressure and velocity inlets,pressure outlets,etcnInterior：所有内部边界，radiator,porous jump,etc壁面液膜（Wall Film）模型Wall Film现象Wall Film模型的假定与局限n液膜厚度小于500微米，液膜内可采用线性速度假定n液膜内部温度变化平缓，可解析积分求解n液膜与壁面直接接触，以导热方式与壁面换热n液膜温度不超过沸点n瞬态求解n并行计算中，不能与Workpile Algorithm 选项联用对碰撞高温壁面的情况，对碰撞高温壁面的情况，可采用可采用Wall-jet模型模型液滴与壁面的碰撞n根据碰撞能量和壁面温度条件，液滴碰撞壁面的相互作用可能的四种结果：57.716飞溅（Splashing）number of splashed drops：颗粒包的数目，每个包中可能有多个液滴飞溅（Splashing）n飞溅液滴的直径分布：n飞溅液滴质量分数：n飞溅液滴总数Ntot：飞溅（Splashing）n飞溅液滴法向速度分布：n飞溅液滴切向速度：n能量守恒：飞溅（Splashing）n注意事项n仅用于瞬态追踪n需减小时间步长，避免发散液膜分离壁面液膜液滴的守恒方程n动量方程n质量方程壁面液膜液滴的守恒方程n能量方程n惰性液滴：n蒸发液滴：颗粒磨蚀(Erosion)和吸积(Accretion)模型颗粒磨蚀和吸积模型n壁面处颗粒的磨蚀率：n颗粒在壁面上的吸积率定义为磨蚀和吸积边界条件磨蚀和吸积后处理分散相初始化分散相计算的初始条件n颗粒初始位置n颗粒初始速度n3D计算中可以用雾化角和速度大小来定义初始速度n颗粒初始直径及尺寸分布n颗粒初始温度n每一轨迹方向上的粒子质量流率n雾化喷嘴模型的其它参数Fluent中这些定义分散相初始条件的方式和中这些定义分散相初始条件的方式和模型被统称为喷射（模型被统称为喷射（injection）颗粒初始尺寸分布n颗粒质量的尺寸分布是指喷射所形成的颗粒群中不同尺寸颗粒占总的颗粒质量流量的百分比n均匀分布：全部颗粒流的颗粒直径为均一值nRosin-Rammler分布：所有直径小于d的液滴所占的质量分数为颗粒初始尺寸分布n标准Rosin-Rammler分布n对数Rosin-Rammler分布nRosin-Rammler分布函数随机采样喷射类型（Injection Type）nsingle（单一喷射）ngroup（组喷射）ncone(only in 3D)（空心锥形喷射）nsolid-cone(only in 3D)（实心锥形喷射）nsurface（面喷射）n喷嘴喷射nplain-orifice atomizer npressure-swirl atomizer nflat-fan-atomizer nair-blast-atomizer neffervescent-atomizer nfile single（单一喷射）：n所有初始参数值（位置、速度、尺寸等）都是单一值，形成均一颗粒流，没有随机性nX-Position,Y-Position,Z PositionnX-Velocity,Y-Velocity,Z VelocitynDiameter（颗粒初始直径）nTemperature（颗粒初始温度）nFlow Rate（颗粒流初始质量流量率）nStart Time（喷射开始时间）和Stop time（喷射结束时间），用于非稳态问题group（组喷射）n某一初始条件值在一定范围内呈线性分布n需给定第1个和第N个颗粒流的初始值n在一个组喷射中应只定义一种初始条件值是变化的，而保持其它初始条件值固定group（组喷射）nDiameter Distribution：颗粒初始直径分布nlinear（线性分布）nRosin-Rammler分布nrosin-rammler-logarithmic（对数Rosin-Rammler分布group（组喷射）nRosin-Rammler分布n需将颗粒的尺寸分布数据拟合成Rosin Rammler函数，给出特征直径和分布指数n对第1个颗粒流定义以下参数：nTotal Flow Rate（初始总流量率）：组喷射中全部颗粒流的颗粒初始质量流量总和。nMin.Diameter（颗粒初始最小直径）和Max.Diameter（颗粒初始最大直径）nMean Diameter（特征直径）和Spread Parameter（分布指数）cone（锥形喷射）n定义空心的锥形喷射，颗粒流在圆锥周向均匀分布nTemperature（颗粒初始温度）nX-Axis,Y-Axis,Z-Axis（锥轴向矢量分量）nVelocity Magnitude（颗粒初始速度大小）nCone Angle（喷射半锥角）nRadius r（锥台顶半径）nSwirl Fraction（速度切向分量）nTotal Flow Rate（总颗粒质量流量率）cone（锥形喷射）nNumber of Particle Stream（颗粒流数）nDiameter Distribution：nuniform（均一的）,需给定颗粒初始直径nRosin-Rammler分布，需给定nMin.Diameter（颗粒初始最小直径）和Max.Diameter（颗粒初始最大直径）nMean Diameter（特征直径）和Spread Parameter（分布指数）nNumber of Diameters（直径分段数）nrosin-rammler-logarithmic（对数Rosin-Rammler分布solid-cone（实心锥形喷射）n颗粒初始速度的方向在锥角范围内随机分布，即初始颗粒流的空间分布是随机的。瞬态计算时，颗粒初始速度方向在每一时间步均重新计算。稳态计算时，改变喷射参数或保存模型与数据文件后，颗粒初始速度方向均重新计算。n选项和输入项与锥形喷射的相似surface（面喷射）n初始位置分布于指定面上的单一喷射nDiameter Distribution:n有三种颗粒直径分布，其定义与锥形喷射相同n从面上的每一个单元面喷射出由R-R分布函数定义的所有直径的颗粒，且面喷射的颗粒流总数等于R-R分布的直径分段数乘以单元面数。nScale Flow Rate By Face Area：n模型中面上的单元面的分布不一定是均匀的。为使流量在面上均匀分布，可以选择此选项surface（面喷射）n三维问题，面喷射的发射面可使用有采样点（Sample Points）的有界面（Bounded Plane）；对于二维问题，发射面可使用测量耙（Rake）。但使用滑移网格或动网格模型时，只有定义在边界面上的面喷射可以随着网格移动。n颗粒流数等于发射面上的Facet（小面）数。对于发射面是有采样点的有界面的情况，颗粒流数等于采样点数。plain-oriface atomizer喷射nNumber of Particle Stream（颗粒流数）nX-Position,Y-Position,Z-Position：喷孔出口中心点坐标nX-Axis,Y-Axis,Z-Axis（喷嘴轴向矢量分量）nTemperature（液滴初始温度）nFlow Rate（液滴初始质量流量率）nStart Time（喷射开始时间）和Stop time（喷射结束时间）nVapor Pressure（蒸汽压力）：控制喷孔内部流动状态的参数nInjection Inner Diameter（喷孔直径）nOrifice Length（喷孔长度）nCorner Radius of Curvature（圆角曲率半径）：喷孔入口圆角曲率半径。nConstant A（模型常数，Equation 22.8-17）nAzimuthal Start Angle（起始方位角）和Azimuthal Stop Angle（终止方位角）：pressure-swirl atomizer喷射nInjection Inner Diameter（喷孔直径）nSpray Half Angle（喷雾半锥角）nUpstream Pressure（喷孔上游压力）nAzimuthal Start Angle和Azimuthal Stop AnglenLigament Constant（丝带模型常数）nAtomizer Dispersion Angle（喷雾扩散角）空气雾化喷嘴喷射nInjection Inner Diameter（喷射内直径）nInjection Outer Diameter（喷射外直径）nSpray Half Angle（喷雾半锥角）nRelative Velocity（相对速度）nAzimuthal Start Angle和Azimuthal Stop AnglenSheet Constant（液膜常数）nLigament Constant（丝带模型常数）nAtomizer Dispersion Angle（喷雾扩散角）：flat-fan-atomizernSpray Half Angle（喷雾半锥角）nOrifice Width（喷嘴宽度）nFlat Fan Sheet Constant（扁平孔扇形液膜常数）nAtomizer Dispersion Angle（喷雾扩散角）effervescent-atomizernVapor Pressure（蒸汽压力）nInjection Inner Diameter（喷孔直径）nMixture Quality（混合物参数）Equation 22.8-41中的参数x。nSaturation Temp.（饱和温度）：过热液体在喷嘴外压力条件下的饱和温度。nAzimuthal Start Angle和Azimuthal Stop AnglenDisperion Constant（扩散角常数）nMaximum Half Angle（最大半锥角）：液膜离开喷孔时的角度。颗粒的随机轨迹选择和颗粒的随机交错n随机轨迹选择n使液滴初始方向随机散布n空间随机交错n喷射所定义的空间区域中随机采样，以使得在计算过程中颗粒轨迹是源自于整个区域n时间随机交错n在颗粒轨迹积分的第一个时间步中，颗粒在一个随机的时刻被喷射使液滴轨迹在喷嘴附近的单元中更为平均地散布，使阻力使液滴轨迹在喷嘴附近的单元中更为平均地散布，使阻力以及能量守恒方程和组分守恒方程的源项更为均匀地分布，以及能量守恒方程和组分守恒方程的源项更为均匀地分布，改善了液滴与气相的耦合，也改善了收敛性改善了液滴与气相的耦合，也改善了收敛性喷射的创建、修改、复制、删除和显示Define-Injections.定义喷射属性定义喷射属性n喷射类型：n对于雾化喷嘴模型，需同时定义Materials面板中的粘性系数和表面张力n面喷射不能用于滑移网格和动网格n面喷射n粒子类型n粒子物质属性n分散相物性ndensity nspecific heat nparticle emissivity nparticle scattering factor nthermophoretic coefficient 分散相物性参数定义nDensity（密度）：颗粒相的密度。惰性颗粒、液滴颗粒或燃烧颗粒的密度为常数。混合物液滴的密度为常数，或采用质量加权混合律或UDF 计算。燃烧颗粒的密度值为初始密度。nSpecific Heat（比热）：颗粒的比热。惰性颗粒、液滴颗粒或燃烧颗粒的比热可以为常数，或定义为多项式、分段线性或分段多项式形式的温度依变函数。混合物液滴的导热系数为常数，或采用质量加权混合律或UDF计算。nThermal Conductivity（导热系数）：液滴颗粒或混合物液滴的导热系数。液滴颗粒的导热系数为常数。混合物液滴的导热系数为常数，或采用质量加权混合律计算。nViscosity（粘性系数）：液滴颗粒的粘性系数，可以为常数，或定义为多项式、分段线性或分段多项式形式的温度依变函数，或定义为UDF。nLatent Heat（潜热）：液滴颗粒或燃烧颗粒挥发分的相变潜热。液滴颗粒的潜热值为沸点温度下的。nVaporization Temperature（蒸发温度）：液滴颗粒蒸发过程或燃烧颗粒脱挥发分过程的计算开始的温度。该参数只是给定的计算参数，并不是一个该参数只是给定的计算参数，并不是一个物性参数。物性参数。分散相物性参数定义nBoiling Point（沸点）：液滴颗粒沸腾过程的计算开始的温度计算开始的温度。nVolatile Component Fraction（挥发分分数）：液滴颗粒中以规律2和规律3可蒸发的质量分数，或燃烧颗粒中以规律4可挥发的质量分数。nSwelling Coefficient（膨胀系数）：燃烧颗粒在脱挥发分过程中（规律4）的膨胀系数。膨胀系数缺省值为1，表示颗粒在脱挥发分过程中直径不变。nBurnout Stoichiometric Ratio（燃烬化学当量比）：使表面可燃成份燃烬的反应所要求的化学计量比。nCombustible Fraction（可燃分分数）：燃烧颗粒在表面反应中可燃分的初始质量分数。nHeat of Reaction for Burnout（燃烬反应热）：燃烧颗粒发生表面反应时，表面可燃成份燃烬的反应热nReaction Heat Fraction Absorbed by Solid（颗粒固体吸收反应热分数）：反应热被燃烧颗粒吸收的比例。nBinary Diffusivity（二元扩散系数）：液滴颗粒以规律2蒸发时的质量扩散系数，或燃烧颗粒以规律5进行表面反应时氧化剂向颗粒表面扩散的质量扩散系数。分散相物性参数定义nSaturation Vapor Pressure（饱和蒸汽压）：液滴颗粒的饱和蒸汽压，用于规律2中。给定符合真实的饱和蒸汽压随温度变化关系对于蒸发模型的结果准确是非常重要的。nHeat of Pyrolysis（热解热）：液滴颗粒通过蒸发/沸腾进入连续相的组分转化为较轻组分的瞬时热解反应热。放热反应的热解热输入为正值，吸热反应的热解热输入为负值。热解热缺省值为零，表示忽略热解反应。nDroplet Surface Tension（液滴表面张力）：液滴颗粒的表面张力。可以为常数，或定义为多项式、分段线性或分段多项式形式的温度依变函数，或定义为UDF。nParticle Emissivity（颗粒发射率）：惰性颗粒、液滴颗粒和燃烧颗粒的辐射发射率。可以为常数，或定义为多项式、分段线性或分段多项式形式的温度依变函数，或定义为UDF。对于炭粒建议取1.0，对于灰粒建议取0.5。分散相物性参数定义nParticle Scattering Factor（颗粒散射系数）：惰性颗粒、液滴颗粒和燃烧颗粒的辐射散射率。可以为常数，或定义为多项式、分段线性或分段多项式形式的温度依变函数，或定义为UDF。对于煤燃烧模拟建议取0.9。nThermophoretic Coefficient（热泳系数）：惰性颗粒、液滴颗粒或燃烧颗粒的热泳系数。可以为常数，或定义为多项式、分段线性或分段多项式形式的温度依变函数，或定义为UDF。默认选项为采用Talbot的公式计算（talbot-diffusion-coeff）。nMixutre Species（混合物组分）：混合物颗粒的组分组成。nVapor-Particle-Equilibrium（蒸汽颗粒平衡）：多组分颗粒计算表面组分蒸汽浓度的方法。可以使用Raoult定律或UDF。nDevolatilization Model（脱挥发分模型）：指定所采用的脱挥发分模型。有四种模型nCombustion Model（燃烧模型）：指定所采用的表面燃烧模型。有四种模型只有定义喷射之后才能定义或修只有定义喷射之后才能定义或修改分散相物性改分散相物性求解算法与策略分散相求解的精度n颗粒轨道积分的精度n分散相-连续相之间耦合的合理性颗粒运动方程的积分求解常微分方程组：求解常微分方程组：对于常数对于常数u、a和和p，有解析解有解析解颗粒运动方程的数值解n隐式Euler积分（impicit Euler integration）n半隐式梯形积分（semi-implicit trapezoidal integration）：颗粒运动方程的数值解n5阶Runge-Kutta算法内置误差控制算法：Accuracy Control 颗粒轨迹求解的效率与精度n误差控制算法可以实现较高精度n解析法（analytic）效率高，但不适于时间步长较大以及颗粒与连续相处于不平衡的情况n隐式欧拉（implicit）和梯形法 trapezoidal）联用（需激活Automated Tracking Scheme Selection）兼顾效率与精度，可作为默认方法。ntrapezoidal 和runge-kutta为高精度方法，步长被限制在稳定域内。利用Automated Tracking Scheme Selection联用颗粒运动方程积分算法的设置颗粒运动方程积分算法的设置nAccuracy Control（精度控制）：n积分时间步长根据计算相对误差自动调整，且Automated（自动选择）选项可选。nTolerance（允差），控制求解的最大相对误差nRunge-Kutta算法使用误差控制机制确定积分时间步长；其它积分格式通过将积分时间步长取半细化后的误差与允差进行比较来确定积分时间步长。nMax.Refinements（最大细化次数）：在一个积分步中减小时间步长的最大次数。颗粒运动方程积分算法的设置nTrack in Absolute Frame：在绝对坐标系中追踪nTracking Scheme Selection(追踪格式选择)：nAutomated：基于精度控制和根据稳定范围在高阶格式与低阶格式式中自动选择nHigh Order Scheme:可选梯形积分（trapezoidal）和Runge-Kutta算法（runge-kutta）nLow Order Scheme（低阶格式）：可选隐式积分（implicit）和解析积分（analytic)nTracking Scheme（追踪格式）：不选择Accuracy Control或Automated选项时，在上述四种积分格式式中指定一种作为颗粒轨迹追踪积分格式颗粒运动方程积分算法的设置n分散相的耦合求解：Coupled heat-mass solutionn轨迹积分与颗粒本身的质量和能量方程耦合求解n精度高，效率低分散相-连续相的耦合或非耦合计算n非耦合计算：获得收敛的连续相流场之后，进行分散相计算n分散相的后处理（显示或报告）即是非耦合计算n耦合计算：将分散相对连续相的影响计入连续相的计算中，分散相轨迹和连续相流场同时计算分散相-连续相的耦合计算1.求解连续相方程2.引入分散相方程求解3.计算分散相-连续相相互作用项，即源项，重新求解连续方程4.在更新的连续相流场中重新求解分散相方程5.回到3，直到收敛耦合或非耦合计算的设置nInteraction with Continuous Phase：选择此选项，则进行分散相与连续相的耦合计算。否则进行非耦合计算。nUpdate DPM Source Every Flow Iteration（每次连续相迭代更新DPM源项）：进行连续相非稳态模拟时，应选择此选项。nNumber of Continuous Phase Iterations Per DPM Iteration（每迭代一次分散相进行连续相迭代的次数）：较大的设定值有利于稳定性，但收敛所需的迭代次数将增加耦合求解中颗粒的随机追踪nNumber of Tries n=0，基于平均场的耦合计算，不考虑湍流弥散n不能太小，即样本要足够大，否则影响收敛动量、能量和质量交换项的亚松驰n分散相和连续相之间动量、能量和质量交换项的计算过程是亚松驰的，可减小亚松驰因子以提高耦合计算过程稳定性。重置相互作用项将源项设为0：Solve-Initialize-Reset DPM Sources分散相模型求解步骤分散相模型求解步骤1.设置好连续相2.激活分散相模型3.选择稳态或非稳态求解4.选择分散相物理模型5.设置算法参数6.初始化分散相7.设置边界条件8.设置物性参数9.初始化连续相流场10.对非稳态问题选择耦合或非耦合求解11.求解12.后处理耦合选项nNumber of Continuous Phase Iterations per DPM Iteration，值增加利于收敛值增加利于收敛nUpdate DPM Sources Every Flow Iteration 选择阻力公式nspherical（球形颗粒阻力公式）：nnonspherical（非球形颗粒阻力公式），需给定形状因子nStokes Cunningham：适用于亚微颗粒nhigh-Mach-number：对球形颗粒阻力公式的修正。适用于颗粒Re数大于20，且颗粒Mach数大于0.4的情况ndynamic-drag：采用动态阻力公式,用于液滴破碎模型颗粒轨迹的稳态或非稳态追踪n不论连续相是进行稳态还是瞬态求解，分散相颗粒的求解既可以以非稳态方式处理，也可以以稳态方式处理。n在连续相进行稳态稳态求解时，分散相作非稳非稳态态追踪可以改善分散相源项非常大情况下的数值稳定性。连续相稳态求解n颗粒轨迹追踪的相关设置nUnsteady Particle Tracking，非稳态颗粒追踪nParticle Time Step Size（颗粒时间步长）：颗粒轨迹追踪计算的积分时间步长。nNumber of Time Steps（时间步数）：时间步数越大，颗粒进入计算域越快。n在喷射定义中设定喷射开始时间（Start Time）和喷射结束时间（Stop Time）连续相非稳态求解相关设置nUnsteady Particle Tracking和Track with Fluid Flow Time Stepn同时选择这两个选项，则分散相的颗粒轨迹进行非稳态追踪，且使用连续相流动求解的时间步长作为分散相轨迹追踪的积分时间步长n当连续相计算使用适应性时间步长或可变时间步长方法时，则应只选择前者，这时需给定：nInject Particles at（喷射颗粒的时刻）nParticle Time Step Size：颗粒轨迹追踪计算的积分时间步长连续相非稳态求解相关设置n在非稳态追踪过程中更改喷射设置不会影响当前已进入计算域的颗粒。可以点击Clear Particles清除当前计算域内的颗粒n需要时用Solve/Initialize/Reset DPM Source重置DPM动量、质量和能量源项设置颗粒追踪的控制参数nLength Scale（长度尺度）/Step Length Factor（步长因子）：n设定在每个控制容积内颗粒运动方程的积分时间步长，可以选择给定长度尺度或步长因子两种方式之一nMax.Number of Steps（最大时间步数）：n避免无限制的追踪，当追踪步数超过此最大步数时，轨迹计算终止Length Scale（长度尺度）n给定长度尺度L，设颗粒速度为up，连续相速度uc，则时间步长为n较小的长度尺度可提高分散相轨迹追踪和传热/传质计算的精度n颗粒通过一个单元过程中至少进行一个时间步长的轨迹积分Step Length Factor（步长因子）nt*为颗粒通过一个控制单元的时间n步长因子为等于颗粒通过一个控制容积的积分步数设置颗粒追踪的控制参数物理模型设置物理模型设置nParticle Radiation Interaction（颗粒热辐射相互作用）：n颗粒参与热辐射，即颗粒发射和吸收热辐射。仅可与P-1辐射模型或DO辐射模型联用nThermophoretic Force（热泳力）：n颗粒轨迹计算中包括热泳力影响nBrownian Motion（布朗运动）：n颗粒轨迹计算中包括布朗运动效应。建议对层流中的亚微米颗粒选择该选项，且必须求解能量方程物理模型设置nSaffman Lift Force（Saffman升力）：n颗粒轨迹计算中包括Saffman升力。建议对亚微颗粒选择该选项nErosion/Accretion（磨蚀和积淀）：n壁面边界上的颗粒磨蚀和积淀被监测。只有当分散相与连续相进行耦合计算时，该选项可选nTwo-Way Turbulence Coupling：n在湍流计算中包括分散相颗粒对涡的抑制和生成的影响。Fluent计算湍流涡团对颗粒所作的功，并将其从湍流动能中扣除。物理模型设置nDroplet Collision（液滴碰撞）：n液滴颗粒轨迹计算中包括碰撞效应nDroplet Breakup（液滴破碎）：液滴颗粒轨迹计算中考虑液滴破碎nTAB：采用Taylor比拟破碎模型nWave：采用波动破碎模型采用破碎模型或碰撞模型时，只能选择采用破碎模型或碰撞模型时，只能选择非稳态颗粒追踪非稳态颗粒追踪并行计算n两种并行计算模式n共享内存（Shared Memory）模式，用于共享内存多处理器计算机n消息传递（MessagePassing）模式，用于分布式内存计算机集群，也可用于共享内存计算机n采用共享内存模式时，DPM模型不能与多相流模型（VOF模型、混合物模型或Euler模型）同时使用n采用颗粒云模型时不能使用消息传递模式n共享内存模式和消息传递模式之间可以随时转换用户自定义函数Tipsnyou can perform a discrete phase calculation at any time by using the solve/dpm-update text command分散相模型后处理分散相模型后处理n颗粒轨迹追踪n相间交换项和分散相浓度图形显示和文本报告n分散相采样和绘制统计柱状图n给出分散相汇总报告颗粒轨迹追踪：Particle Track颗粒轨迹追踪：Particle TracknRelease from Injections：从喷射列表中选择拟追踪的颗粒流nSkip（颗粒疏伐数）：按序号每隔此数显示一个颗粒或其轨迹，以便于观察nCoarsen（粗化）：对于一条轨迹，将显示的点数减少为此数分之一，以减少生成图形所需的时间nTrack Single Particle Stream（追踪单个颗粒流）/Stream ID（颗粒流标识号）：选择追踪单个颗粒流选项并指定颗粒流标识号，则追踪并显示单个颗粒流的轨迹。颗粒追踪步骤1.在Release From Injections 中选择喷射2.在在Discrete Phase Model 面板中设置长度尺度和最大时间步数。3.设置湍流的随机追踪或颗粒云追踪4.设置显示选项5.用Display显示轨迹或Pulse动画显示对非稳态追踪，对非稳态追踪，Display只显示当前位置，只显示当前位置，Pulse不可用不可用Report Type（报告类型）：nOff（无报告）nEscaped（逃逸）：轨迹终了于设为逃逸边界条件的边界nIncomplete（未完成）：追踪时间步数已超过设定的最大步数。如有这种情况n应修改长度尺度和/或初始条件，并重新计算。nTrapped（被捕捉）：轨迹终了于设为捕捉边界条件的边界nEvaporated（蒸发）：在追踪轨迹过程中颗粒在计算域内蒸发完毕。nAborted（异常中止）：由于计算舍入误差的原因未能完成轨迹追踪。nShed（散落）：液滴破碎后，新生成颗粒轨迹。nCoalesced（聚合）：颗粒聚合后，颗粒轨迹从计算域中去除nSplashed（飞溅）：颗粒碰撞液膜后，新颗粒轨迹生成。Report Type（报告类型）：nSummary（汇总报告）nFate（轨迹终了状态）及Number（数量）：颗粒到达各DPM边界时的，以及未能到达边界的颗粒的轨迹终了状态及其数量的列表。nElapsed Time（轨迹追踪持续时间）报告n最小追踪时间（Min）、最大追踪时间（Max）、平均追踪时间（Avg）、追踪时间标准差（Std Dev）、喷射名（Injection）、追踪时间最小的轨迹编号（Index Min）、追踪时间最大的轨迹编号（Index Max）Report Type（报告类型）：nSummary（汇总报告）nMass Transfer Summary（质量传递汇总）：n质量流量:颗粒到达各DPM边界时不同终了状态颗粒的初始流量（Initial）、最终流量（Final）、以及变化量（Change）的列表。nEnergy Transfer Summary（能量传递汇总）nHeat Content（热焓）W：颗粒到达各DPM边界时不同终了状态颗粒的初始热焓（Initial）、最终热焓（Final）、以及变化量（Change）的列表。Report Type（报告类型）：nSummary（汇总报告）nCombusting Particles（燃烧颗粒汇总）：nVolatile Content（挥发分含量）kg/s：颗粒到达各DPM边界时不同终了状态颗粒挥发分的初始值（Initial）、最终值（Final）、以及脱挥发分的百分数（%Conv）的列表。nChar Content（焦含量）kg/s：颗粒到达各DPM边界时不同终了状态颗粒焦分的初始值（Initial）、最终值（Final）、以及发生反应的百分数（%Conv）的列表。Report Type（报告类型）：nCombusting Particles（多重表面反应汇总）：n组分含量（Species Content）kg/s：颗粒到达各DPM边界时不同终了状态颗粒各种组分的初始值（Initial）、最终值（Final）、以及发生反应的百分数（%Conv）的列表。如果反应产物为固体，则发生反应的百分数报告为0。Report Type（报告类型）nStep by Step（稳态逐步报告）：n按颗粒积分时间步给出颗粒位置、速度、直径和温度等的逐步报告。一般选择TrackSingle Particle Stream选项进行单个颗粒流追踪。报告的内容包括：时间（Time）、位置坐标（X-Position,Y-Position,Z-Position）、速度分量（X-Velocity,Y-Veloci