经验常数
改进的k-e模型主要有RNG k-e模型和Realizable k-e模型。其它2方程模型有标准k-w模型,SST k-w模型等,其中w为比耗散率,即湍动能在单位体积和单位时间内的耗散率。
有限体积法:又称控制体积法。
将计算区域划分为网格,使每个网格点周围有一个互不重复的控制体积,将待解微分方程(控制方程)对每一个控制体积积分,从而得到一组离散方程。
未知量是网格点上的因变量ф。
离散方程的物理意义:因变量ф在有限大小的控制体积中的守恒原理。
Fluent软件就是基于有限体积法编写而成。
2. Fluent中的多相流动模型
- 欧拉-拉格朗日方法——流体被处理为连续相,直接求解时均Navier-Stokes方程;计算流场中大量的粒子,气泡或液滴的运动轨迹,得到离散相的分布规律。离散相和流体相之间可以有动量、质量和能量的交换。基本假设:作为离散的第二相的体积比率很低。
- 欧拉-欧拉方法——不同的相被处理成互相贯穿的连续介质。引入相体积率的概念,各相的体积率之和等于1。不同的相均满足守恒方程。从实验数据建立一些关系式,使方程组封闭。在Fluent中,有三种欧拉-欧拉多相流模型:流体体积模型(VOF)【分层的或自由表面流】,混合物模型【流动中有相的混合或分离】,欧拉模型【散相的体积分数超过10%】。
多相流模型
Multiphase Model:
VOF(Volume of Fluid)模型,
Mixture(混合)模型,
Eulerian(欧拉)模型。
VOF模型:通过求解单独的动量方程和处理穿过区域的每一流体的容积比来模拟两种或三种不能混合的流体。
典型的应用——流体喷射、流体中大气泡的运动、流体在大坝坝口的流动、气液界面的稳态和瞬态处理等。
Mixture模型:一种简化的多相流模型,用于模拟各相有不同速度的多相流,但是假定了在短空间尺度上局部的平衡,相之间的耦合很强。也用于模拟有强烈耦合的各向同性多相流和各相以相同速度运动的多相流。
典型的应用——沉降(sedimentation)、气旋分离器、低载荷作用下的多粒子流动、气相容积率很低的泡状流。
Eulerian模型:可以模拟多相分离流及相互作用的相(液体、气体、固体),与离散相模型Eulerian-Lagrangian方案只用于离散相不同,在多相流模型中Eulerian方案用于模型中的每一相。
3. 流场中的颗粒的受力分析
固相颗粒的主要物理特征:
材料密度:颗粒在密实状态下,单位体积所具有的质量,
颗粒的弹性:恢复系数
u1和u2分别为碰撞前和碰撞后的相对速度。
e=1 —— 弹性碰撞,颗粒碰撞后完全恢复变形,机械能没有损失;
e=0 —— 塑性碰撞(完全非弹性碰撞),两颗粒碰撞后不再分开,碰撞引起的变形完全保留下来;
0<e<1——实际颗粒的碰撞(非完全弹性碰撞),碰撞过程中有机械能的损耗,对于颗粒运移规律有影响。
固相颗粒的几何特性:
当量粒径:颗粒形状一般不规则,通常定义一个当量粒径作为颗粒大小的度量,其方法依颗粒大小不同而异。
等容粒径:体积与颗粒相等的球体直径。
颗粒体积为V,则等容粒径为