【年终系列实例EX3】基于FLUENT进行旋风分离器流场计算

1 实例说明

在上一个案例中，我们利用ICEM CFD对旋风分离器几何模型进行了网格划分。本案例将演示如何利用FLUENT对旋风分离器分离过程进行CFD计算。主要使用离散相模型模拟气固分离过程。

2 问题说明

旋风分离器主要用于气固分离，其利用介质旋转产生的离心力而使介质分离。本案例要计算的旋风分离器网格模型及边界条件如图所示，底流口可近似采用wall边界，在使用DPM模型过程中，设置wall为trap类型。

图1计算网格及边界条件

3 详细设置步骤

Step 1：加载FLUENT模块

如图2所示，在B2单元格上点击鼠标右键，选择Transfer Data To New，在下级菜单中选择Fluent，加载FLUENT模块。

图2加载ICEM CFD模块

加载FLUENT模块后的数据流程如图3所示。

图3加载后的数据流程

Step 2：启动FLUENT

双击C2单元格，启动FLUENT。

图4选择双精度计算

Step 3：General设置

点击模型树节点General，如图5所示。主要检查网格质量、模型尺寸等。

图5 General设置

Step 4：模型设置

旋风分离器流场涉及到强旋转、各向异性湍流，目前大多数采用雷诺应力模型进行湍流模拟。由于雷诺应力模型计算量大，收敛较为困难，计算时可以采用RNG K-E湍流模型，待收敛后再改用雷诺应力模型。如图6所示，采用RNG K-E模型及标准壁面函数进行计算。

图6采用RNG湍流模型

Step 5：Materials设置

单相计算采用空气进行计算。默认设置即可。

Step 6：Cell Zone Conditions设置

设置计算域介质为air，如图所示。

图7计算域设置

Step 7：边界设置

单相计算只涉及两个边界：入口边界与溢流出口边界。

入口边界采用velocity inlet，指定速度为12m/s，如图8所示。

图8指定入口边界

出口边界采用自由出流边界。如图9所示。

图 9出口边界

Outlet边界面指定其类型为Wall，其他边界保持默认。

Step 8：Solution Initialization

进行初始化计算。

图 10初始化计算

Step 9：Run Calculation

进行迭代计算。

图 11迭代计算

计算残差在大约1800步收敛时收敛到10e-3。如图12所示。

图 12计算残差

剖切面上速度分布如图13所示。

图 13速度分布

Step 10：离散相设置

连续相计算完毕后，开启离散相设置，计算粒子进入计算域后的行为。

本例考虑的是气固两相流，气体密度远小于固体密度，因此这里仅考虑固体粒子的阻力。对于颗粒在流体中的受力，有兴趣的可参阅相应的理论文档。

图 14离散相设置

点击Create按钮创建粒子入射源，如图15所示。

图 15粒子入射源设置

设置Outlet边界中的DPM标签页中的壁面条件为trap，如图16所示。设置Overlet边界中的DPM标签页下壁面条件为Escape，如图17所示。其他边界条件保持默认。

图 16设置壁面边界

图 17设置overlet边界条件

边界定义完毕后即可进行粒子追踪计算，如图18所示。

图 18粒子追踪计算

点击Track按钮进行粒子追踪计算，如图19所示。当信息框中出现如图中所示第一行所示的信息时，如tracked = 450，incomplete=448，表示粒子追踪计算并未完成。此时可以适当延长图14中的max number of steps，如将其增大至20000，此时再track粒子，出现图19中后两行所示信息，则表示粒子追踪完成。

图 19粒子追踪信息

从图中所示信息，可计算旋风分离器效率为：

至此，本例结束。