【原】Fluent｜流化床中的化学反应

本案例利用Eulerian多相流模型及组分输运模型模拟臭氧在流化床中的分解过程。

化学反应方程为：

本案例演示以下内容：

• 使用欧拉颗粒流模型及组分输运模型
• 利用UDF定义化学反应速率
• 利用UDF定义修正的Syamlal-O’Brien阻力模型
• 设置边界条件
• 定义流体及固体相

1 问题描述

该问题涉及流化床臭氧分解的瞬态启动。液相是臭氧和空气的混合物，而固相由直径为87.75微米的沙粒组成。流化床原理图如下图所示，该区域被建模为二维平面圆柱壳。

2 Fluent设置

• 以2D、Double Precision方式启动Fluent
• 读取网格文件2-D-FBed_Ozone_Cartesian.msh.gz

2.1 General设置

• 激活Transient选项及Gravity选项
• 设置重力加速度为x方向-9.81 m/s2

2.2 Models设置

• 激活Eulerian多相流模型

• 激活Species Transport模型，启用Volumetric体积反应

2.3 Materials设置

• 添加材料ozone(o3)

• 修改混合材料mixture-template的属性

• 点击按钮Edit…打开设置对话框

• 修改组分参数，如下图所示

• 修改Reaction参数，如下图所示

• 如下图所示定义化学反应

• 修改混合物密度属性

• 修改材料参数

• 修改材料名称为solid

注：用于流化床颗粒的固体颗粒，需要用fluid类型的材料

2.4 定义组分

• 设置组分输运模型的相phase-1

• 如下图所示设置phase-1为mixture-template

• 相同方式设置phase-2为材料solid

2.5 编译并加载UDF

• 如下图所示打开UDF编译对话框

• 添加UDF文件rrate.c及bp_drag.c，编译并加载

• 点击按钮Function Hooks…打开设置对话框

• 如下图所示设置volume Reaction Rate为rrate::libudf

2.6 定义相

• 如下图所示打开第二相设置对话框

• 如图所示设置次相参数

• 打开相间作用对话框

• 指定相间阻力为加载的UDF

• 进入Collisions标签页，设置相间碰撞恢复系数为0.8

2.7 操作条件

• 如下图所示设置操作条件

2.8 边界条件

• 打开边界inlet的phase-1相设置对话框

• 如下图所示设置速度为0.08 m/s

• 如下图所示设置温度为293 k

• 如下图所示设置入口phase-1相的组分

• 打开边界leftwall的phase-2相设置对话框

• 如下图所示设置参数

2.9 Region

创建一个用于Patch流化床颗粒的区域。

• 右键选择Cell Registers，选择菜单New → Region…打开区域新建对话框

• 如下图所示设置区域参数

• 创建的区域如下图所示

2.10 Controls

• 右键选择节点Controls，点击弹出菜单项Equations…打开设置对话框

• 如下图所示取消选择列表项Energy

• 如下图所示设置亚松弛因子

2.11 初始化计算

• 按下图参数进行全局初始化

• 点击Patch…按钮打开对话框，如下图所示Patch区域的Phase-2体积分数为0.52

• Patch完毕后查看phase-2体积分数分布，如下图所示

2.11 设置Autosave

• 如下图所示设置自动保存

2.12 求解计算

• 设置时间步数为10000，时间步长为0.001，设置max iteration/Time step为40
• 点击按钮Calculate开始计算

3 计算结果

计算时间太长，这里只计算了1 s。

• 1 s时刻O3质量分数

• 1 s时刻O2质量分数

• 1 s时刻phase-2相（颗粒相）体积分数

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