第 14 章 教程-流化床

(第一部分)在Ansys Fluent中设置一个带传热的CFD案例,以便稍后在采用Rocky DEM的双向耦合仿真中使用。

(第二部分)使用您在第一部分创建的CAS文件来设置双向仿真的Rocky部分,然后将其与Ansys Fluent耦合运行。

(第三部分)在Rocky中对您在第二部分完成的双向Fluent耦合仿真进行后处理。

14.1. 第一部分:Fluent案例设置

14.1.1. 目标

本教程的主要目的是在Ansys Fluent中设置一个带传热的CFD案例,以便稍后在采用Rocky DEM的双向耦合仿真中使用。


重要:  即使您已经熟悉CFD,也请先学习第一部分,以理解采用Rocky进行单相耦合的主要限制和需求。


  • 本教程的第二部分第三部分将分别介绍Rocky项目设置和双向耦合仿真运行。

本教程中使用的场景包括一个最初热的颗粒床,然后这些颗粒在较冷的气流中被流化。

  • 由于能够提高颗粒和流体之间的混合和传热传质,流化床在化学工业中被广泛采用。

您将了解如何:在Ansys Fluent中设置并保存一个单相传热案例,稍后可用于与Rocky DEM的双向耦合。

14.1.2. 前提条件

要完成本教程,您需要拥有Ansys Fluent和Rocky 2025 R1的有效许可证。


重要:  本高级教程假设您已经熟悉Ansys Fluent UI和项目工作流程。

  • 如果不是这种情况,请在开始本教程之前,参考Ansys Fluent用户文档,了解有关Fluent用法的基本介绍。


14.1.3. 几何结构介绍

 

本教程中使用的带壁面矩形容器由以下几何结构组成:

  • (1)壁面,它本身包含两个附加组件:

    • (a)入口

    • (b)出口


注意:  这三个几何结构来自您将在本教程中设置的Fluent .cas文件。


14.1.4. 打开Ansys Fluent

要设置Fluent案例,请执行以下操作:

  1. 打开Ansys Fluent。

  2. Fluent Launcher中,在Dimension下方,确保选择了3D;此外,在Options下方,确保选择了Double Precision(如图所示)。


    重要:  与Rocky耦合需要Double Precision3D


     

  3. 单击Start

14.1.5. 导入网格

对于本教程,我们将从导入网格文件开始。

  1. 此处下载dem_tut14_files.zip文件。

  2. dem_tut14_files.zip解压缩到您的工作目录。

  3. File菜单中,指向Read,然后单击Mesh

  4. Select File对话框中,执行以下操作:

    1. Files of type列表中,选择All Mesh Files (*.msh* *.MSH*)

    2. dem_tut14_files/mesh文件夹中,选择tutorial_14_mesh.msh文件,然后单击OK

14.1.6. 流体网格设置

导入了Fluent .msh文件后,我们就可以开始设置Fluent案例了。

  1. 使用下表中的信息来可视化和设置网格。


    提示:  如果您在这些表格中遇到了不熟悉的设置或过程,请参考您的Ansys文档以找到详细说明。


    步骤位置参数或操作设置
    A设置

    ﹂General

    Task PageDisplay Mesh (inlet, outlet, walls | Display)
    Check Mesh
    TimeTransient
    Gravity(已启用)
    Gravitational AccelerationZ方向上设置为-9.81 [m/s2]


    重要:  为了运行双向耦合仿真,必须选择Transient


14.1.7. 单相设置

在本教程中,我们将设置只有一种流体相(空气)的Fluent案例。

这种单相方法:

  • 比使用多相的等效仿真更快。

  • 更易于设置,并支持更广泛的模型。


    提示:  由于本教程仅提及单相方法,有关使用多相方法的信息,请参考Rocky CFD耦合技术手册

    (从Rocky Help菜单中,指向Manuals,然后单击CFD Coupling Technical Manual。)


  1. Outline ViewModels下方,将Multiphase模型保留Off状态(不做更改)。

14.1.8. 启用能量和湍流

对于本教程,我们希望同时启用传热和湍流。

  1. 使用下表中的信息继续设置您的案例。

    步骤位置参数或操作设置
    ASetup

    ﹂Models

    ﹂﹂Energy

    Energy(对话框)Energy Equation(已启用)
    BSetup

    ﹂Models

    ﹂﹂Viscous

    Viscous Model(对话框)Modelk-epsilon (2-eqn)
    Near-Wall TreatmentScalable Wall Functions


    注意:  湍流模型的选择取决于应用。


14.1.9. 材料和边界条件

对于Materials属性,我们将对空气使用默认的Fluid属性。

对于Boundary Conditions属性,我们将使用Wall的默认(绝热)属性,但是我们将为InletInlet定义新的条件。

  1. 使用下表中的信息继续设置您的案例。

    步骤位置参数或操作设置
    ASetup

    ﹂Boundary Conditions

    ﹂﹂Inlet

    Velocity Inlet(对话框) | MomentumVelocity Magnitude2 [m/s]
    Turbulence | Specification MethodIntensity和Hydraulic Diameter ⯆
    Turbulence | Hydraulic Diameter0.1 [m]
    Temperature293.15 [K]
    BSetup

    ﹂Boundary Conditions

    ﹂﹂Inlet

    Pressure Outlet(对话框) | ThermalBackflow Total Temperature293.15 [K]

14.1.10. 方法

  1. 使用下表中的信息来定义求解方法。

    步骤位置参数或操作设置
    ASolution

    Methods

    Task PagePressure-Velocity Coupling | SchemeSIMPLE
    Transient FormulationFirst Order Implicit


    注意:  单相方法对您可以使用的压力-速度耦合方案没有限制。

    此外,对于所有双向耦合仿真,必须将Transient Formulation设置为First Order Implicit


14.1.11. 初始化和计算

  1. 使用下表中的信息来初始化和设置计算参数。

    步骤位置参数或操作设置
    ASolution

    Initialization

    Task PageInitialization MethodsStandard Initialization
    Compute fromall-zones ⯆
    初始化
    BSolution

    Run Calculation

    Task PageTime Advancement | TypeFixed ⯆
    Time Step Size0.001 [s]


    重要:  要运行耦合仿真,Time Advancement | Type必须保持为Fixed


14.1.12. 保存案例

因为这是一个双向耦合仿真,我们此时将不求解CFD案例,但会将此设置保存到一个稍后将与Rocky连接的.cas文件中。

通过执行以下操作保存案例:

  1. File菜单中,指向Write,然后单击Case

  2. Select File对话框中,执行以下所有操作:

    1. 选择文件夹位置。

    2. 输入Case File名称为fluidized_bed.cas.h5

    3. 单击OK

14.1.13. 帮助

本教程的第一部分到此结束。

如欲了解有关本主题的更多信息,我们建议您搜索CFD耦合技术手册,其中提供了DEM-CFD耦合方法说明。

要访问它,从Rocky Help菜单,指向Manuals,然后单击CFD Coupling Technical Manual

 

如欲了解有关Ansys Fluent的更多信息,请参阅Ansys Fluent用户文档。

14.1.14. 结论

Ansys Fluent可用于设置带传热的单相CFD仿真,稍后将用于与Rocky的双向耦合。

在本教程中,您可以:

  • 使用Ansys Fluent设置单相CFD案例

  • 保存案例文件,以便稍后与Rocky进行双向耦合

下一步是什么?

  • 如果您成功完成了本教程,那么您就可以进入第二部分,并创建稍后将与本CFD案例相耦合的Rocky项目。

14.2. 第二部分:Rocky中的设置与处理

14.2.1. 目标

本教程的主要目的是使用我们在第一部分中创建的.cas文件,设置双向仿真的Rocky部分,然后将其与Ansys Fluent耦合运行。

提醒一下,所涵盖的场景包括一个最初热的颗粒床,然后这些颗粒在较冷的气流中被流化。

您将了解如何:

  • 从Fluent .cas文件导入几何结构组件

  • 使用Rocky设置和保存流化床仿真

  • 保存一个Rocky项目以便重新启动

  • 在Rocky中设置并运行双向Fluent耦合仿真

您将使用这些功能:

  • 热模型

  • 自定义几何结构导入

  • 双向Fluent CFD耦合

14.2.2. 前提条件

要完成本教程,您需要拥有Ansys Fluent和Rocky 2025 R1的有效许可证。


重要:  本高级教程假设您已经熟悉以下程序和资源:

  • Rocky程序。

    • 如果不是这种情况,建议您在开始本教程之前至少完成教程01-05

  • Ansys Fluent程序。

    • 如果不是这种情况,请在开始本教程之前,参考Ansys Fluent用户文档,了解有关Fluent用法的基本介绍。


14.2.3. 几何结构介绍

 

提醒一下,本教程中使用的带壁面矩形容器由以下几何结构组成:

  • (1)壁面,它本身包含两个附加组件:

    • (a)入口

    • (b)出口


注意:  这三个几何结构来自您将导入到Rocky的Fluent .cas文件。


14.2.4. 项目创建

  1. 请执行下列操作之一:

    • 如果您完成了本教程的第一部分,请确保您拥有在Fluent中创建的fluidized_bed.cas.h5文件。(第二部分将使用该文件。)

    • 如果您没有完成第一部分中的项目,请确保您已经下载并解压缩了此处dem_tut14_files.zip文件。

  2. 打开Rocky 2025 R1

  3. 创建新项目。

  4. 将空项目保存到您选择的位置。

14.2.5. 项目设置

  1. 使用下表中的信息开始设置您的Rocky项目。


    提示:  如果您在这些表格中遇到了不熟悉的设置或过程,请参考Rocky用户手册和/或其他教程(通过入门教程和高级教程),以找到您需要的详细说明。


    步骤数据实体编辑器位置参数或操作设置
    AStudyStudyStudy NameFluidized Bed
    BPhysicsGravityY-direction0 [m/s2]
    Z-direction-9.81 [m/s2]
    MomentumNumerical Softening Factor0.1 [ - ]
    ThermalEnable Thermal(已启用)
    Conduction Correction ModelMorris et al.Area+Time ⯆
    CGeometriesImport Wallfluidized_bed.cas.h5Import Unit设置为“mm”
    DGeometries

    walls

    Wall | ThermalThermal Boundary TypeAdiabatic
    EMaterials

    Default Particles

    MaterialUse Bulk Density(已清除)
    Density1500 [kg/m3]
    Young's Modulus1e+07 [N/m2]
    Thermal Conductivity1.4 [W/m.K]
    Specific Heat800 [J/kg.K]
    FParticles创建颗粒
    GParticles

    Particle <01>

    ParticlesNamesmaller
    Particles | SizeSize0.003 [m] @ 100%
    HParticles创建颗粒
    IParticles

    Particle <01>

    ParticlesNamebigger
    Particles | SizeSize0.005 [m] @ 100%


    注意:  对于步骤D,可能已经将walls设置为Adiabatic


14.2.6. 体积入口

 

接下来,我们将创建Volumetric Inlet,并对其进行约束以实现平整的颗粒堆。

放置Seed Coordinate的位置以及约束填充的方式会影响颗粒在释放后的行为。例如,当受Geometries约束时:

  • (1)Seed Coordinate放置在几何结构底部上方太高的位置可能会导致颗粒掉落。

  • (2)要获得更稳定的颗粒堆,请将Seed Coordinate放在更靠近几何结构底部的位置(但要避开最底部)。

  • (3)为Box bounds选择Use Geometries to Compute可能会产生圆形的颗粒堆。

  • (4)要实现平整的颗粒堆,请定义您自己的Box bounds

14.2.7. 继续项目设置

  1. 使用下表中的信息继续设置您的Rocky项目。

    步骤数据实体编辑器位置参数或操作设置
    AInlets and Outlets创建Volumetric Inlet
    BInputs

    Volumetric Inlet <01>

    Volumetric Inlet | Particles添加2个条目行
    (1) Particle | Mass | Temperaturesmaller ⯆ @ 0.06 [kg] & 363 [K]
    (2) Particle | Mass | Temperaturebigger ⯆ @ 0.06 [kg] & 363 [K]
    Volumetric Inlet | RegionSeed Coordinates0, 0, 0.025 [m]
    Geometries(全部启用(“勾选All”))
    Box bounds | Center Coordinates0, 0, 0.025 [m]
    Box bounds | Dimensions0.1, 0.1, 0.1 [m]

14.2.8. 可视化体积入口边界

 


提示:  在3D View窗口中,您可以对约束体积入口的Seed Coordinate(蓝点)和Box bounds(蓝色立方体)进行可视化。



重要:  种子坐标必须位于您的框边界内。

  • 您可以在3D视图窗口中更改边界框的位置和尺寸,方法是单击并拖动分别代表中心和局部X、Y和Z位置的控制柄(彩色点)。

  • 您仍然必须仅使用Seed Coordinates值来移动种子位置。


  1. 对于本教程,保持前面定义的Box boundsSeed Coordinates不变。

14.2.9. 完成项目设置

  1. 使用下表中的信息完成Rocky项目的设置。

    步骤数据实体编辑器位置参数或操作设置
    ASolverSolver | TimeSimulation Duration0.1 [s]
    Output Settings | Time Interval0.02 [s]
    Solver | GeneralSimulation TargetCPU ⯆

14.2.10. 设置确认

打开3D View窗口后,您的Data面板和工作区应类似于下图。

 

14.2.11. 仿真项目

  1. Solver 实体中,单击Start

出现Simulation Summary屏幕(如图所示),然后开始处理。

 

 


提示:  您可以使用Auto Refresh复选框,以在处理过程中在3D View窗口中查看结果。


14.2.12. 仿真

仿真处理完成后,执行以下操作:

  1. Coloring service工具栏,通过Velocity : Translational : AbsoluteParticles着色(如图所示)。

     

  2. Time工具栏中,执行以下所有操作:

    1. 单击Play simulation按钮或使用Next timestep按钮,以浏览仿真输出时间。您将看到颗粒堆由于重力而(稍微)沉降。

         

    2. 单击Pause simulation按钮,然后单击Last timestep按钮,转到仿真的最后。

这将是与Fluent耦合时颗粒的初始状态。

14.2.13. 保存以重新启动

现在已经定义了颗粒床,保存此仿真以重新启动。

  1. File菜单中,单击Save project as...

     

  2. Save As对话框中,选择最后一个选项Save as a New Project for Restart,然后单击OK

     

    这将在您选择的时间步长保存项目(设置和当前颗粒位置信息),在本例中,这应该是最后一个时间步长。

  3. Save File对话框中,选择新项目的位置和File name,然后单击Save

新保存的项目现在应该有相同的颗粒床,时间步长重置为零。

 

这是我们现在将与Fluent双向耦合的Rocky项目。

14.2.14. 导入CFD解决方案

 

对于CFD Coupling步骤,我们将选择2-Way的Fluent选项。

Rocky中的该选项考虑了作用在颗粒上的流体力,并将颗粒信息传递回Fluent。

  1. Data面板中,单击CFD Coupling,然后在Data Editors面板中,从Coupling Mode列表中选择2-Way下方的Fluent

     

  2. Select Fluent CAS file对话框中,导航至并选择您此前用于导入几何结构的同一个Fluent .cas文件*,然后单击Open

*提醒一下,请执行以下操作之一:

  • 如果您已经完成了本教程的第一部分,请导航至并选择您在第一部分创建的.cas文件(fluidized_bed.cas.h5)。

  • 如果您没有完成第一部分,请导航到您之前下载的dem_tut14_files文件夹,找到Fluent文件夹,然后选择fluidized_bed.cas.h5文件。


重要:  在.cas文件导入后将立即进行网格验证步骤。这需要您在运行Rocky仿真的同一台计算机上拥有有效的Fluent许可证。

 


  1. 从Data面板中,在CFD Coupling下方,选择新的2-Way Fluent选项。

Data Editors面板的2-Way Fluent主选项卡上,有五个子选项卡:

 

  • Interactions:这里可以定义颗粒-流体相关性,并设置湍流扩散力(如果适用)。

  • Coupling:这里可以设置Fluent计算映射方法和子步选项。

  • Zones and Interfaces:这里可以定义在耦合计算中如何处理流体单元区域和界面。

  • Fluent:这里可以为耦合仿真的Fluent部分设置求解器选项。

  • Variables:这里列出了Fluent将从Rocky收到的其他变量或数据(如果已定义)。

对于本教程,我们将仅定义Interactions和Fluent选项卡选项。

  1. Data Editors面板中,选择Interactions子选项卡。

  2. Particle下方,同时多选两个颗粒组,然后定义Convective Heat Transfer Law

     

  3. Data Editors面板中,选择Fluent子选项卡,然后执行以下所有操作:

    1. Version列表中,选择您想要使用的Fluent版本。

    2. 清除Keep all files复选框(如图所示)。这允许您通过选择想要保存的Fluent .dat文件的数量来节省磁盘空间。

    3. Files to keep选项设置为2。这只会保存最后两个Fluent .dat文件。

       


      提示:  如果您希望能够在处理后对Fluent中的CFD文件进行后处理,请确保启用Keep all files复选框。(但是,对于本教程,请清除该复选框。)


14.2.15. 重新定义求解器

  1. 使用下表中的信息来设置耦合仿真的求解器参数。

    步骤数据实体编辑器位置参数或操作设置
    ASolverSolver | TimeSimulation Duration3 [s]
    Solver | GeneralSimulation TargetCPU ⯆


    提示:  如果您有一个GPU,您可以在Fluent使用CPU处理器时将它用于Rocky。


  2. Solver实体中,单击Start

再次出现Simulation Summary屏幕。

此外,Ansys Fluent将自动打开,Rocky和Fluent将开始处理您的耦合仿真。


提示:  在Fluent中,无需刷新即可看到结果。

在Rocky中,使用Refresh按钮或Auto Refresh复选框,以在3D View窗口中查看更新的结果。


 

14.2.16. HELP

本教程的第二部分到此结束。

如欲了解有关设置与Fluent耦合的Rocky项目的更多信息,我们建议您搜索Rocky用户手册

如欲了解有关设置与Rocky耦合的Fluent案例的更多信息,我们建议您使用以下资源:

14.2.17. 结论

我们在第一部分中创建的Fluent .cas文件可用于设置耦合仿真的Rocky部分,然后我们运行与Ansys Fluent仿真双向耦合的Rocky仿真。

在本教程中,您可以:

  • 验证Rocky是否具有与Ansys耦合所需的组件

  • 从Fluent .cas文件导入几何结构到Rocky

  • 在Rocky中设置并保存以重新启动流化床仿真

  • 使用Rocky设置并运行与Fluent的双向耦合仿真

下一步是什么?如果您成功完成了本教程,那么您就可以进入第三部分,并对该项目进行后处理了。

14.3. 第三部分:Rocky中的后处理

14.3.1. 目标

本教程的主要目的是在Rocky中对我们在第二部分完成的双向耦合仿真进行后处理。

提醒一下,所涵盖的场景包括一个最初热的颗粒床,然后这些颗粒在较冷的气流中被流化。

您将了解如何:

  • 评估颗粒分离

  • 分析混合效率

  • 评估平均颗粒温度

  • 可视化流体温度

  • 分析压降

您将使用这些功能:

  • 用户进程,包括:

    • 立方体

    • 属性

  • 分区标记颗粒计算

  • 图形和图表,包括:

    • 直方图

    • 时间图

    • 表格时间图

14.3.2. 前提条件

要完成本教程,您需要拥有Ansys Fluent和Rocky 2025 R1的有效许可证。


重要:  本高级教程假设您已经熟悉Rocky程序。

  • 如果不是这种情况,建议您在开始本教程之前至少完成教程01-05


14.3.3. 打开项目

  1. 如果您完成了本教程的第二部分,请确保Rocky项目已打开并已完成处理。(第三部分将从第二部分结束的地方继续。)

  2. 如果您没有完成第二部分,请执行以下所有操作:

    1. 确保您在运行Rocky的同一台计算机上拥有有效的Fluent许可证。(这是验证链接的.cas文件中的网格所必需的。)

    2. 此处下载dem_tut14_files.zip文件。

    3. dem_tut14_files.zip解压缩到您的工作目录。

    4. 打开Rocky 2025 R1

    5. 从Rocky程序中,单击Open Project按钮,找到dem_tut14_files文件夹,然后从tutorial_14_B_pre-processing-rocky文件夹中打开tutorial_14_B_pre-processing-rocky-restart.rocky文件。

    6. 处理仿真。(从Data面板中,选择Solver,然后从Data Editors面板中,单击Start按钮。)


      注意:  Ansys Fluent将自动打开,Rocky和Fluent将开始处理您的耦合仿真。


14.3.4. Rocky–后处理

现在项目已经完成处理了,我们可以开始进行分析。

让我们首先看一下颗粒分离。

  1. 使用下表中的信息开始分析。

    步骤位置参数或操作设置
    AWindow(菜单)创建New 3D View
    BParticlesColoringNodes | PropertyParticle Group ⯆

使用Time工具栏上的按钮,您可以查看床中的颗粒在被下方注入的空气移动时如何分离。

Segregation:较大的颗粒沉降到底部,而较小的颗粒上升到床的顶部。

 

14.3.5. Rocky–后处理–分区标记

随着仿真的进行,我们还可以对容器中不同区域的颗粒的混合程度进行可视化。

对于这种分析,我们可以使用Cube User ProcessDivisions Tagging来根据颗粒最初所在的区域层对颗粒进行着色。

要开始此分析,请执行以下所有操作:

  1. Time工具栏中,选择第一次输出时间(0.00 s)。

  2. 使用下表中的信息创建立方体和分区标记进程。

    步骤数据实体编辑器位置参数或操作设置
    AParticles创建Cube用户进程
    BUser Processes

    Cube <01>

    CubeCenter0, 0, 0.04 [m]
    Magnitude0.1, 0.02, 0.08 [m]
    CCalculations | Particles Calculations<Cube 01>上创建Division Tagging
    DCalculations

    Divisions Tagging (Cube <01>)...

    TaggingHeigth Divisions1
    Depth Divisions5
    ColoringFaces | PropertyDivisions Tagging (Cube <01>)...⯆

    立方体内的颗粒现在已经根据它们在t=0s时的位置细分为5个不同的轴向分区。

     

  3. 使用Data面板的眼睛图标隐藏Divisions Tagging(Cube <01>),隐藏Cube <01>,并显示Particles

  4. Data面板中,选择Particles

  5. Data Editors面板中,选择Coloring选项卡,然后在Nodes下方,选择Divisions Tagging (Cube <01>)作为要着色的Property 

  6. 请注意颗粒在仿真开始时是如何分布的,并随着时间的推移来观察混合情况。

Observe mixing:根据颗粒的初始位置(t=0),您可以观察它们如何随着时间的推移在床上移动。

 

14.3.6. Rocky–后处理–创建新的立方体

您也可以把您的分析集中在一个单独的段,而不是把整个床看成一个整体。

对于这种分析,我们将在床的中间创建另一个立方体,并查看来自其他段的颗粒如何随着时间推移移动到该特定段。

要开始新的分析,请执行以下所有操作:

  1. Time工具栏中,选择第一次输出时间(0.00 s)。

  2. 使用下表中的信息创建立方体。

    步骤数据实体编辑器位置参数或操作设置
    AParticles创建Cube用户进程
    BUser Processes

    Cube <02>

    CubeCenter0, 0, 0.056 [m]
    Magnitude0.1, 0.02, 0.0155 [m]

这个新立方体应该包含第4个轴向分区,因此在仿真开始时应该只包含Division Tagging等于4的颗粒。

 

14.3.7. Rocky–后处理–创建直方图

让我们验证一下:

  1. 使用下表中的信息创建直方图。

    步骤参数或操作设置
    AUser Processes

    Cube <02>

    Divisions Tagging (Cube <01>)...在新的Histogram中显示
    BHistogram(窗口)Configure histogram(按钮)
    CConfigure Histogram(对话框)Number of Bins5
    Percent Values(已启用)
    Properties | Divisions Tagging (Cube <01>)...(已选中)
    Limits用户定义 ⯆
    Min1 [ - ]
    Max5 [ - ]

    结果(如下所示)证实了,在初始时间(t=0),第4个Bin包含100%的颗粒。

  2. 使用Time工具栏快进时间,并且验证了来自不同初始位置的颗粒移动到第二个立方体中,减少了标记= 4的颗粒的百分比。

     

  3. 然后,观察颗粒在最终输出时间的分布情况。

     

    结果如下所示。

在最终的输出时间(3 s),来自其他分区的颗粒更均匀地分布在床的第四个轴向段中。


注意:  您的结果可能与本教程中给出的结果略有不同。


 

14.3.8. Rocky–后处理–创建属性

您还可以使用Property User Process来进一步可视化和计算从我们之前定义的床段进入和退出的颗粒数(Cube <02>)。

对于此分析,请执行以下所有操作:

  1. Time工具栏中,选择第一次输出时间(0.00 s)。

  2. 使用下表创建属性进程,并按颗粒质量绘制结果。

    步骤数据实体编辑器位置参数或操作设置
    AUser Processes

    Cube <02>

    创建Property用户进程
    BUser Processes

    Property <01>

    PropertyPropertyDivisions Tagging (Cube <01>)
    Cut Value4 [ - ]
    CUser Processes

    Cube <02>

    根据Particle MassNew Time Plot中显示
    DUser Processes

    Property <01>

    根据Particle MassCurrent Time Plot中显示

14.3.9. Rocky–后处理–创建时间图

结果图显示了在每个输出时间立方体内分区标记等于4的颗粒的总质量(蓝色),以及立方体内颗粒的总质量(橙色)。

在流化开始时,段4中的颗粒被推出其初始区域,但随着时间的推移和混合的继续,颗粒又被推回。

 

  1. 使用下表中的信息继续此分析。

    步骤位置参数或操作设置
    ATime Plot <01>(窗口)Table(选项卡)Add Formula
    BAdd Expression(对话框)Curve CaptionTagging 4 mass fraction
    Curve ExpressionC/B

    该表达式代表了最初在第4个轴向Bin(标记= 4)中的颗粒质量与在相同Bin区域内的颗粒的当前质量之比。

  2. 从Time Plot窗口的左上角,选择Plot选项卡。

新曲线(绿色)使您能够观察Cube <02>内部标记为4的颗粒的质量分数如何随时间变化。

 

14.3.10. Rocky–后处理–颗粒温度

我们还可以通过绘制温度属性来分析颗粒由于与流体和容器的相互作用而冷却的情况。

  1. 使用表格中的信息创建新图。

    步骤位置参数或操作设置
    AWindow(菜单)创建New Time Plot
    BParticlesProperties | Temperature拖放至Time Plot窗口
    CSelect The Statistics to Plot(对话框)Min(已启用)
    Max(已启用)
    Average(已启用)

  2. 右键单击网格,指向Axes Layout,然后选择By Quantity

在这个图中,我们可以看到颗粒的平均温度如何随时间而降低。

 

我们还可以在3D视图窗口中可视化颗粒和流体的温度。

  1. 使用下表创建这个新视图。

    步骤位置参数或操作设置
    AWindow(菜单)创建New 3D View
    BFit(菜单)选择Camera Preset: -Y
    CGeometries

    walls

    ColoringTransparency(已启用)
    DParticlesColoringNodes(已启用)
    Nodes | PropertyTemperature ⯆

颗粒的温度如图所示。

 

让我们调整一下温度刻度,以匹配教程的最小和最大限制,它们分别等于入口(在Fluent中)和颗粒(在Rocky中)的初始温度。

  1. 使用下表中的信息调整色阶。

    步骤数据实体编辑器位置参数或操作设置
    AColor Scales

    Temperature

    ColoringLimit options用户定义 ⯆
    Limits293.15, 363 [K]
    Color-scale unitdegC ⯆

  2. 通过添加流体温度显示继续定义视图。

    步骤数据实体编辑器位置参数或操作设置
    ACFD Coupling

    2-Way Fluent

    ColoringNodes(已启用)
    Nodes | PropertyFluid Temperature ⯆
    Nodes | Point size6

  3. 按照步骤A的说明调整流体温度的色阶,使其与颗粒温度的色阶相匹配。

流体与颗粒的温度如图所示。

 


提示:  为了更好地分析结果,请考虑用相同的限制和颜色设置两种色阶。


14.3.11. Rocky–后处理–压降

我们还可以通过使用双向Fluent耦合默认的流体属性来计算压降。

为此,我们将创建两个立方体,一个在容器底部,另一个在顶部,并将计算这两个位置之间的流体压力差。

  1. 使用表格中的信息创建这两个立方体。

    步骤数据实体编辑器位置参数或操作设置
    ACFD Coupling

    2-Way Fluent

    创建Cube用户进程
    BUser Process

    Cube <03>

    CubeNamebottom
    Center0, 0, 0.008 [m]
    Magnitude0.1, 0.02, 0.0155 [m]
    CUser Processes

    bottom

    创建Duplicate
    DUser Processes

    bottom <01>

    CubeNametop
    Center0, 0, 0.492 [m]

您现在应该在容器的两端有两个立方体(如图所示)。

 

现在,让我们绘制两个立方体中的流体压力。

  1. 使用下表中的信息创建此图。

    步骤位置参数或操作设置
    AUser Processes

    top

    Properties | Static Presure根据AverageNew Time Plot中显示
    BUser Processes

    bottom

    Properties | Static Pressure根据AverageSelected Time Plot中显示
    CTime Plot <03>(窗口)Table(选项卡)添加公式
    DAdd Expression(对话框)Curve CaptionPressure Drop
    Curve ExpressionC-B

  2. 选择Plot选项卡。

  3. 在图中,右键单击网格区域,指向Axes Layout,然后选择By Quantity

  4. 在图的顶部,单击两条Average数据线,以关闭它们的显示(如图所示)。

     

结果表明,经过~1 s后,系统达到稳定状态。这段时间可用于估计平均压降。

14.3.12. Rocky–后处理–固体体积分数

我们还可以用Eulerian Statistics对流体信息进行后处理。

根据欧拉分区的每个块内部的CFD单元,可以计算瞬时时间平均的流体统计数据。

可以在分区内分析的属性是Solid Volume Fraction,即CFD单元内颗粒体积总和与单元体积之比。

  1. 打开3D视图,使用下表中的信息分析瞬时固体体积分数

    步骤位置参数或操作设置
    ACFD Coupling

    2-Way Fluent

    创建Cube用户进程
    BUser Processes

    Cube <03>

    创建Eulerian Statistics用户进程
    CUser Processes

    Eulerian Statistics <01>

    Eulerian StatisticsHeigth Divisions3
    Depth Divisions20
    Coloring | FacesPropertySolid Volume Fraction ⯆
    Show on Node?(已启用)

  2. 隐藏Particles实体和所有Geometries,以可视化Eulerian Statistics

  3. 单击Shift+Y查看流动方向的瞬时固体体积分数(如图所示)。

     

    • 花一点时间,使用Time工具栏的滑块来可视化不同输出时间的固体体积分数。

14.3.13. Rocky–后处理–流体速度

可视化流体瞬时速度也很有趣。

  1. Eulerian Statistics <01>实体的Coloring选项卡中,将Property定义为Local Z-Velocity

  2. 使用Time工具栏中的滑动条查看流体速度随时间的变化情况。

       

    这样您可以得到流体速度的连续等值线图。

您可以使Particles可见,以查看它们对流体行为的影响。

注意,由于流动截面面积减小,存在颗粒的地方的流速通常较高。

还要注意,由于能量耗散,流体被颗粒减速。

 

通常,我们需要提取时间平均统计数据,而不是瞬时信息,以便与实验数据进行比较。这可以通过使用Eulerian Statistics工具轻松完成。

  1. 使用下表设置时间平均流体速度

    步骤位置参数或操作设置
    AUser Processes

    Eulerian Statistics <01>

    PropertiesAdd and edit time statistics properties(按钮)
    BEdit time statistics properties(对话框)Add(按钮)
    CAdd time statistics properties(对话框)Start time1 [s]
    Stop time3 [s]
    Operations | Average(已启用)
    Properties | Local Z-Velocity(已启用)
    DUser Processes

    ﹂Eulerian Statistics <01>

    Coloring | FacesPropertyAverage of Local Z-Velocity [1s, 3s]


注意:  我们选择一个代表系统稳态的时间间隔来计算属性平均值。


 

请注意,平均而言,当经过颗粒区域时,流速较高。

还要注意的是,穿过颗粒后,颗粒床其余部分的平均流体速度几乎相同。

14.3.14. 帮助-用户手册

本教程的第三部分到此结束。

如欲了解有关标记和分区标记工具的更多信息,我们建议您:

  • 查看关于标记和分区标记的可用帖子。

  • 搜索Rocky用户手册

如欲了解有关Rocky和Ansys Fluent双向耦合的更多信息,请参考CFD耦合技术手册

14.3.15. 结论

Rocky可用于对我们在第二部分中运行的Fluent双向仿真进行后处理。

在本教程中,您可以:

  • 使用Particle Group属性来分析分离。

  • 使用User ProcessesDivisions Tagging来分析颗粒床离散区域随时间变化的混合效率。

  • 绘制平均颗粒温度与时间的函数关系图。

  • 在3D视图窗口中可视化颗粒和流体的温度。

  • 使用Cube用户进程和2-Way Fluent流体属性来计算压降。

  • 使用Eulerian Statistics可视化气流方向的流体速度分布。

下一步是什么?

  • 如果您成功完成了本教程,那么您就可以进入下一个教程了。