Fluent ｜DPM模型常见问题[1]

DPM模型应用中的一些问题。

Q1：颗粒包和颗粒流有什么区别？

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在非稳态DPM计算中跟踪所有的颗粒成本非常昂贵。Fluent并不跟踪每一个颗粒，而是跟踪颗粒包（Particle Parcel）。颗粒包中包含具有相同属性（直径、速度和位置）的颗粒，颗粒包的行为由其内部颗粒的行为来决定。Fluent可以使用宏 p->number_in_parcel 获取颗粒包中的颗粒数量。颗粒包中的颗粒数量可以是分数。

颗粒流（Stream）定义为在计算域内注入颗粒包的位置。Stream指定为N意味着N个颗粒包注入位置。

颗粒流的质量流量与颗粒包中的颗粒数量之间的关系为：

Q2：如何在Fluent中为燃烧颗粒（Combusting Particle）指定多种挥发性组分？

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有时在模拟煤炭燃烧或气化时，需要将多种组分指定为蒸发组分，这是挥发性破碎需求之一。然而，在Fluent中只允许将一种组分指定为蒸发组分。

可以通过使用伪组分（pseudo species）和伪反应（pseudo reaction）来解决上述限制。

1. 在混合物中定义一个伪组分（例如volatile）。
2. 将此伪组分指定为蒸发组分。
3. 定义一个伪反应（例如volatile-break-up-reaction），该反应的反应物是伪组分，产物则为挥发破碎所需的多种实际组分。为确保挥发破碎产生的组分不会限制模型中的其他反应，此伪反应应该比模型中包含的其他所有反应更快。这可以通过为层流有限速率模型指定较大的指前因子，或为涡耗散模型指定较大的混合速率常数A来实现。
4. 调整伪组分的分子量和标准状态焓，确保挥发破碎反应中既不产生也不消耗热量。

Q3：如何在Fluent中设置2D平面及2D轴对称情况下DPM点注入的质量流量？

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2D轴对称与非轴对称的区别：

1. 2D非轴对称：模型将认为您的注入（形式为一条线上的一系列注入点，即一个长度为1米的狭缝）在第三维度上延伸1米长。这意味着，如果设备在未模拟的维度上为0.25米，则需要使用高出4倍的质量流率（每0.25米x kg/s = 每米4x kg/s）。
2. 2D轴对称：每  弧度也意味着全360度或整个圆周。在这种情况下，Fluent将假设注入是一个360度的圆形，即沿圆周的一系列注入点。例如，如果在x=0, y=0.5m处（z为旋转轴）定义了一个质量流量为1 kg/s的注入点，则实际上模拟的是一个半径为0.5米、中心位于x=y=z=0的圆形注入器，且总质量流率为1 kg/s。

总结来说，如果模拟的是这种圆形注入，则不必对质量流量进行分割。

如果你的问题（在3D中）只有一个注入点，那么没有问题，因为这不是轴对称问题，需直接在3D中进行建模。

Q4：如何通过UDF修改DPM注入的质量流率？

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如果想要使用UDF来修改注入参数，需要使用以下DPM宏：

DEFINE_DPM_INJECTION_INIT

此UDF宏允许访问颗粒变量，如颗粒包中的颗粒数量p->number_in_parcel、DPM质量流率P_FLOW_RATE(p)等。这些变量之间存在如下关联：

颗粒流质量流量 = （颗粒包内粒子数量）*（单个粒子质量）/（注入时间间隔）

若需要修改质量流率，应该通过P_FLOW_RATE(p)进行修改，而不是修改p->number_in_parcel。这是因为p->number_in_parcel是从P_FLOW_RATE(p)推导得出的。

通常情况下，不应该在UDF中修改p->number_in_parcel。质量流量的调整应该仅过改变P_FLOW_RATE(p)来进行。

Q5：如何确定拉格朗日壁面薄膜分离后颗粒的直径？

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在Lagrangian壁面薄膜模型中，粒子从边缘分离后的直径等于薄膜在壁面上最大高度与变量rp-dpm/film-separation-height的值中的较大者。dpm/film-separation-height的默认值为1E-5。

如果希望更改这个值，如改为1E-4，可以通过以下步骤操作：

(rpsetvar 'dpm/film-separation-height 1E-4)
(dpm-parameters-changed)

（未完待续）