DPM模型下的颗粒运动方程积分与多相流模拟

本文主要讨论了在FLUENT CFD（Computational Fluid Dynamics，计算流体动力学）软件中关于多相流模拟的相关知识，特别是在分散相（Dispersed Phase）模型，如DPM（Discrete Phase Model）的应用。DPM是一种在多相流系统中，将连续相（如气体或液体）视为连续介质，而将分散相（如液滴、气泡或尘粒）作为离散粒子处理的模型。这种模型结合了欧拉法（连续相的运动方程求解）和拉格朗日法（分散相个体运动追踪）。 1. **颗粒运动方程积分**： - 根据颗粒运动方程(5.425)，通过时间积分可以得到颗粒的轨迹。该方程考虑了颗粒的惯性、重力、浮力以及阻力等力的影响。对这个方程积分后，可以计算出沿轨迹上各点的颗粒速度（5.585），这在计算流体动力学中是至关重要的一步。 2. **阻力计算**： - 颗粒运动阻力有多种公式可供选择，包括球形阻力公式、非球形阻力公式（考虑形状因子）、Cunningham修正的Stokes阻力公式（适用于亚微颗粒）、高Mach数阻力公式以及动态阻力公式，这些公式在不同情况下提供精确的阻力估算。 3. **DPM模型详解**： - DPM模型基于欧拉-拉格朗日框架，连续相和分散相通过双向耦合求解，实现动量、质量和能量的交换。单向耦合的颗粒动力学模型则仅考虑单个颗粒在已知流场中的运动。 4. **颗粒受力分析**： - 颗粒运动过程中受到的力包括重力、浮力、阻力，以及可能的旋转参考坐标系内的附加力、压力梯度力、虚质量力、Basset力和Magnus力。这些力的准确分析对于颗粒轨迹的计算至关重要。 5. **应用示例**： - 文章提到了沈阳航空工业学院的案例，强调了质量传递模拟（包括质量转移和气穴模型）以及组分输运的模拟在多相流中的重要性。在实际工程中，这些模型广泛应用于航空、化工等领域中的复杂流动问题。 总结来说，本文围绕FLUENT CFD中的多相流分散相模型，详细介绍了颗粒运动的数学描述、阻力计算方法以及如何通过积分来追踪颗粒轨迹，展示了其在多相流模拟中的核心作用。同时，还提及了模型中的关键概念如双向耦合和单向耦合，以及特定力对颗粒运动的影响。