冲蚀专题 | 稀相系统中冲蚀以及冲蚀引起管路损伤（内附案例下载）

Ansys Fluent计算冲蚀时是采用类似后处理的方法进行分析的，因此第一步是获得收敛的流场，壁面以及湍流模型必须选择正确。以下图T型管为例，入口处水以1m/s的速度流进T型管，其中含沙0.5%，计算壁面的磨损程度。两个出口均采用压力出口，出口压力为0。       

1.读入网格，选择稳态计算（默认即稳态），设置重力加速度：

2.湍流模型选择RNG k-ε湍流模型，在Near-Wall Treatment下激活 Enhanced Wall Treatment：

3.材料库里面选择water-liquid，点击copy：

4.设置cell Zone condition，将流动域里的流动介质设置为刚才选定的water（默认为空气）：

5.设置入口边界条件（速度入口），将入口处水的流速设置为1 m/s，将入口处湍流选择Intensity and Hydraulic Diameter，将湍流强度设置为5%，水利直径设置为0.02。

6. 出口边界条件采用默认压力出口，出口压力仍保留为0，设置出口的湍流强度设置为5%，水利直径设置为0.02m。

7.初始化，求解计算。

8.保存纯流动结果处理，速度场如下：

9. 开始冲蚀的计算设置，Fluent计算冲蚀时，需要先激活DPM模型，在physics下选择Discrete phase model，在弹出的窗口中勾选interaction with continuous phase，将DPM Iteration Interval设置为1，增加Max. number of Steps数值，具体操作如下图所示：

10.在弹出的Discrete Phase model里面，选择Physical Models窗口，在里面激活Erosion/Accretion选项：

如需挂在UDF加入自定义模型，在DPM模型设置下UDF窗口加载，如下所示

11．设置注入沙粒特性，点击Injections，在弹出的窗口点击create，在弹出的窗口中设置注入沙粒属性，沙粒可以是表面注入，也可以说其他形式注入，在本案例中选择速度入口面释放沙粒，弹出的窗口，每个窗口设置意义如下图所示：

在本案例中，勾选上Scale Flow Rate by Face Area以及Inject using Face Normal Direction，设置入口沙粒平均粒径为1e-4m，入口速度1m/s，质量流率0.00154 kg/s，结果如下图所示：

在DPM模型中可以考虑非球形沙粒的影响，在本算例中采用球形的假设（DPM主要通过求解牛顿第二定律，计算颗粒的运动，颗粒的形状会影响曳力的大小，因此需要选择合适的曳力模型，当然，也可以考虑颗粒的旋转，在本案例中，采用默认的模型）

可考虑湍流对颗粒的影响，在DPM窗口下选择Turbulent Dispersion窗口，勾选Discrete Random Walk Model以及Random eddy lifetime，将tries设置为100，目的是为了定义较大的随机变量从而解析湍流对颗粒追踪的影响。

12.设置沙粒的属性。在create/Edit里面选择inert-particle，选择anthracite，将名字改为sand, 密度设置为砂的密度2650kg/m3。

13.确保DPM模式下，壁面的类型为reflect，设置壁面的法向和切向反弹系数，具体参数如下图所示：

14. 冲蚀模型里的参数采用默认值，实际仿真时应参考文献或者通过实验获得。

15. 执行颗粒追踪计算冲蚀速率，在Results下面选择Particle Tracks，选择new，在弹出的窗口里color by下面选择Discrete Phase Variables，下面选择对应的冲蚀模型，由于本案例计算的是浆液体系，因此推荐Mclaury模型，随后点击Track。

16.处理显示计算结果，在contours里选择new, 在弹出窗口中contours of下选择Discrete Phase Variables，下面选择DPM Erosion Rate (McLaury)模型，底部选择被计算冲蚀速率的壁面，点击save/Display：

17. 计算冲蚀云图如下所示：

1．打开上述案例中第8步中计算纯流动的case和data文件。

2．按照步骤9～14设置好DPM模型（或者直接打开上述已经算完冲蚀的case和data）。

3．双击树状列表，在展开的Discrete Phase下面找到Erosion Dynamic Mesh：

4．双击Erosion Dynamic Mesh，在弹出框口中打勾，激活冲蚀动网格模型：

5. 选择参与计算的固体表面以及所采用冲蚀模型，设置壁面材料密度，设置网格smoothing的步数以及激活 “Automatic Dynamic Mesh” 。注：激活Automatic Dynamic Mesh主要作用是启用动网格中remeshing功能，主要针对由于长时间冲蚀，造成管路大变形，此时单用smoothing无法提供较高质量的网格。Remeshing中的网格生成方法以及尺寸控制需要在Dynamic mesh里面设置，在本文就不展开说明。

6.点击Run Erosion-Dynamic Mesh simulation，弹出如下窗口，每步设置的意义已在图纸进行了标注，将Total Time of Erosion设置为7200 S（经过两小时后的管路变形）, 点击run：

7.两小时后的管路冲蚀状况如下：

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