【原】【Fluent案例】27：流化床

本案例利用Fluent 19.0+EDEM 2017仿真计算流化床问题。

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案例描述

案例如下图所示。仍然采用前面的案例几何，计算域尺寸为0.2 m*0.2m*0.4m，底部面为空气入口，其表观速度为0.5 m/s。

在上一个案例中，颗粒是通过文件定义的。用文本编辑器打开上一个案例的92Kparcels.inj文件可以看到以下内容，一共有92000行，实际上是存储了92000个颗粒的信息。

该文件的格式是这样的：

(( x y z u v w diameter temperature mass-flow) name )

该文件可以通过其他后处理方式获取，也可以手动编辑，不过当颗粒非常多的时候，手工编辑几乎不可能。

各列代表的意思分别为：

不过本案例的颗粒在EDEM生成。

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EDEM设置

先利用EDEM将初始床层布置好。

• 启动EDEM 2017，点击菜单File → Save保存工程文件为bed.dem

2.1 添加材料

• 右键选择模型树节点Bulk Material，点击弹出菜单项Add Bulk Material增加材料

• 属性窗口中设置Poisson's Ratio为0.28，设置Solid Density为1500 kg/m3，设置Shear Modulus为1e+06 Pa

注意：

这里材料参数是瞎蒙的，真正工程应用的时候按实际参数填写。需要注意的是密度及剪切模量会影响后面计算的时间步长，密度与剪切模量越大，所允许的最大时间步长越小，也意味着需要更多的计算时间

• 右键选择模型树节点Bulk Material > BulkMaterial 1，点击弹出才行项Rename Material，在弹出的对话框中修改颗粒材料名称为Particle

• 右键选择模型树节点Equipment Material，点击弹出菜单项Add Equipment Material

• 属性窗口中设置Poisson's Ratio为0.3，设置Solid Density为7800 kg/m3，设置Shear Modulus为1e+07 Pa，如下图所示

• 修改材料名称为steel

2.2 设置interaction

• 选中模型树节点Particle，点击属性窗口中Interaction下方的加号按钮，如下图所示

• 弹出的对话框中选择选项Particle，点击OK按钮关闭对话框

• 属性窗口中设置Coefficient of Restitution、Coefficient of Static Friction、Coefficient of Rolling Friction分别为0.5、0.5、0.01，如下图所示

注意：

这里设置的恢复吸收、静摩擦系数及滚动摩擦系数均是估计的，工程应用中需要按实际参数设置

• 相同的步骤，再次点击属性窗口中Interaction下方的加号按钮，弹出设置对话框，选择选项Steel，属性窗口中的三个系数采用默认设置

注意：

对于DEM模型，需要设置颗粒-颗粒相互作用，还需要设置颗粒-壁面之间的相互作用，这些相互作用主要为碰撞和摩擦

2.3 添加颗粒

• 右键选择模型树节点Particle，点击弹出菜单项Add Particle

• 属性窗口中选择SIngle Surface

注意：

在EDEM中，各种非球型颗粒由采用球型颗粒组合而成，软件预制了四种颗粒形状：球型颗粒、双球型、三球型以及四球型

• 在右下角的窗口中设置颗粒半径为0.0025 m，如下图所示

注意：

我这里笔记本计算能力有限，所以将颗粒半径设置为0.0025 m。工程应用的时候按实际颗粒半径填写

• 点击属性窗口中按钮Calculate Properties…，弹出对话框中采用默认参数，点击OK按钮计算颗粒属性

• 修改模型树节点New Particle 1的名称为Particle 1

2.4 导入几何

• 案例几何采用导入msh文件方式实现。

• 右键选择模型树节点Geometries，点击弹出菜单项Import Geometry…打开几何导入对话框

• 在弹出的文件选择对话框中选择打开bed.msh文件，弹出对话框中设置Choose Units为Meters，点击OK按钮导入几何

导入的几何模型如图所示。

2.5 创建虚拟几何

• 右键选择模型树节点Geometries，点击弹出菜单项Add Geometry → Polygon

注意：

这里创建polygon的目的是用于颗粒入射

• 属性窗口中设置Type

• 点击模型树节点New Section 1 > Polygon，属性窗口中按下图所示进行设置

• 创建的几何如图所示。

2.6 创建底部面

从msh文件导入的几何，非wall边界不会被识别，因此本案例导入到EDEM的几何上下底面是空的。这里要将下底面补上。

• 右键选择模型树节点Geometries，点击弹出菜单项Add Geometry → Polygon

• 弹出的对话框中，选择Material为Steel

• 点击模型树节点New Section 2 > Polygon，属性窗口中按下图所示进行设置

2.7 创建Factory

• 右键选择模型树节点New Section 1，点击弹出菜单项Add Factory

• 选中模型树节点New Factory 1，属性窗口中设置Total Number为60000，设置Target Number为15000，其他参数保持默认设置

提醒：

向区域中释放60000个颗粒，每秒钟释放15000个，后面设置计算时间为5s，其实前面4s颗粒全部释放完，最后1s是使颗粒稳定下来

2.8 设置求解参数

• 点击工具栏按钮Simulator，切换至计算参数设置面板

参数设置如图所示

• 点击图形窗口下方Progress右侧的三角形按钮开始计算。

颗粒填充完毕后如图所示。

2.9 导出数据

• 点击菜单File → Export → Simulation Deck…，弹出对话框中设置保存文件名为bed5s.dem

• 文件导出对话框中设置Set Start Time为5 s，点击OK按钮关闭对话框

• 关闭EDEM