基于FLUENT和EDEM的石灰预热器气固耦合模拟与结构优化
利用FLUENT软件模拟流固耦合散热实例
摘要
Gambit创建模型 FLUENT计算及后处理
Gambit创建模型
• 创建几何模型 • 划分网格 • 指定边界条件
问题描述
Chip Board Fluid
Top wall (externally cooled) h = 1.5 W/m2∙K T∞ = 298 K
⑤ 指定压力出口条件
⑥ 指定symmetry条件
在Boundary Conditions面板中,Zone下面选择boardsymm,确认Type下为symmetry; 同样对chip-symm, fluid-symm, sym-1, sym-2进行确 认，不需要另外设置。
⑦ 指定模型跟外部氛围的换热条件
5 . 定义边界条件
Define—Boundary Conditions
①
指定流体区域材料类型
在Boundary Conditions面板中,Zone下面选择fluid,然后在Type一侧选择fluid，点击Set按扭, 在弹出的Fluid面板中选择Material Name 为air（实际默认正确）。
红色（chip） : solid
紫色（board）: solid
10。输出网格
1 2
在File Name中自定义名称 然后 Accept
网格成功输出
FLUENT计算及后处理
读入mesh文件 选择物理模型 定义材料属性 指定边界条件 初始化 设置求解器控制 设置收敛监视器 计算 后处理
监测残差曲线
•Residual 各监测曲线都达 到设定的收敛标准。 •Fluent窗口中 显示达到收敛
后处理
1.显示chip附近的温度分布
edemfluent气固耦合编译
篇文章：edemfluent气固耦合编译的深度与广度一、引言edemfluent气固耦合编译，作为多相流领域的重要工具，针对颗粒物料在气体环境中的运动及相互作用进行模拟与分析。
本文将从深度与广度两个方面展开，深入探讨edemfluent气固耦合编译的原理与应用，并对其在工程领域中的重要性进行全面评估。
二、edemfluent气固耦合编译的原理与应用1. edemfluent气固耦合编译的基本原理edemfluent气固耦合编译是基于欧拉—拉格朗日方法的多相流动模拟技术。
通过求解连续介质方程和颗粒运动方程，实现气固两相之间的相互作用模拟。
在该方法中，颗粒物料被视作拉氏点，受力和相互作用在空间和时间上进行计算，从而获得了颗粒物料在气体环境中的运动规律。
2. edemfluent气固耦合编译的应用领域edemfluent气固耦合编译广泛应用于矿山、化工、冶金等工业领域以及环境工程、粉体技术、食品工程等学科领域。
其主要应用包括颗粒物料输送、颗粒与气体的热负荷计算、颗粒结构和形状的优化设计等方面，为工程实践和科学研究提供了重要的方法和手段。
三、edemfluent气固耦合编译的重要性评估1. 深度评估edemfluent气固耦合编译作为多相流领域的前沿技术，对于颗粒与气体相互作用的深入理解和精确模拟具有重要意义。
其基于颗粒的特性和运动规律，可对颗粒在气体中的运动、传热传质等过程进行详细分析，为工程问题的解决提供了深入的理论支持和技术保障。
2. 广度评估edemfluent气固耦合编译在工程实践和学科研究中的广泛应用，为各领域的工程问题和科学研究提供了全面解决方案。
其能够模拟的领域多样，应用范围广泛，为颗粒物料在气体环境中的运动和相互作用提供了全面解决方案，对于提高生产效率和产品质量具有重要意义。
四、个人观点和理解在我看来，edemfluent气固耦合编译的深度与广度兼具，在探讨和解决颗粒与气体相互作用问题上具有重要意义。
CFD-DEM耦合方法
流体－颗粒系统数值模拟的 FLUENT－EDEM 解决方案北京海基科技发展有限公司2009 年 6 月 24 日一、概述绝大多数固态物质的个体是以颗粒状的外形存在的，即：有特定的尺寸和形 状，与外界有有限的边界。
自然界中的矿石，种子，沙粒，工业产品中的药片、 糖果等都是典型的颗粒。
通常，无论是在自然界，还是人类生产实践中，都会涉 及到了流体与颗粒相互作用（包括：质量交换、动量交换和能量交换等） 。
如： 沙尘暴，水土流失，农作物的干燥，工业上使用的各种流化床，旋流分离器以及 气力输运设备等。
研究这种相互作用，对人们的生产生活有着重要意义：不仅为 提高生产力，更能为改善人类的生存环境提供指导依据。
我们将涉及流体流动换热和颗粒运动的体系称为“流体-颗粒系统” 。
该类系 统的研究难点在于： 1. 流体本身就具有形态不固定，变化无常，难于观察和测量的特点； 2. 大量颗粒进行相互碰撞：不同时刻和位置，每个颗粒的运动、受力情况 都有所不同； 3. 流体与颗粒相互影响，形成强烈的耦合作用，更加大了系统的复杂度。
在以往的研究中，实验研究占很大的比重，主要通过测定或统计的方法来获 取系统的宏观指标。
另一些则是通过模型简化，进行机理性的研究。
随着计算机 技术和数值算法的发展， 越来越多的科学家和研究人员投入到数值仿真的研究中 来，FEA（有限元分析）方法和 CFD（计算流体力学）技术成为应用力学中发展 最为迅速、 活跃的分支。
针对流体-颗粒系统的数值模拟研究， 主要采用基于 CFD 方法的多相流技术和 CFD-DEM 耦合方法。
二、气固（液固）两相流技术发展状况在研究初期，由于没有很好的描述颗粒系统的计算模型，人们更倾向于以研 究流体为切入点 （研究该类系统的科学家和研究人员通常是流体力学专业出身） ， 将系统中大量的颗粒假设为一种准流体——颗粒流，从而产生了气固（液固）两 相流技术。
气固两相物质所组成的流动系统称为气固两相流系， 其中气相通常以连续相 形式出现，固相以颗粒或团块的形式处于气相中。
acusolve edem耦合案例
acusolve edem耦合案例AcuSolve是一种用于求解流体动力学（CFD）问题的计算流体力学（CFD）软件。
它可以用于模拟和分析各种耦合问题，包括流固耦合、热流耦合和结构-声耦合等。
在本文中，我们将以AcuSolve中的一个耦合案例——edem耦合为题，介绍其原理和应用。
1. 耦合问题简介edem耦合是指将AcuSolve与edem软件进行耦合，用于模拟和分析颗粒材料在流体中的运动和相互作用。
该耦合模拟方法可以更准确地预测颗粒材料在流体环境中的行为，对于涉及颗粒流体化学反应、颗粒运动和颗粒-颗粒之间的相互作用等问题具有重要意义。
2. 耦合模拟原理AcuSolve是一种基于有限元方法的流体动力学求解器，可以模拟流体流动、传热和传质等问题。
而edem是一种离散元方法软件，可以模拟和分析颗粒材料的运动和相互作用。
通过将这两种软件进行耦合，可以将颗粒材料的力学行为和流体环境的动力学行为联系起来，实现真实场景下的模拟和分析。
3. edem耦合的应用领域edem耦合在多个领域中具有广泛的应用，包括矿山工程、化工工程、制药工程等。
在矿山工程中，edem耦合可以模拟颗粒物料在输送带上的运动和相互作用，帮助优化矿石的输送和处理过程。
在化工工程中，edem耦合可以模拟颗粒物料在反应器中的流动和反应过程，对化工反应器的设计和优化具有重要意义。
在制药工程中，edem耦合可以模拟颗粒药物在制药设备中的流动和混合过程，帮助提高药物的生产效率和质量。
4. edem耦合的模拟方法edem耦合的模拟方法主要包括两个步骤：流体场模拟和颗粒场模拟。
在流体场模拟中，AcuSolve可以模拟流体的流动和传热等行为，生成流体场的信息。
在颗粒场模拟中，edem可以模拟颗粒材料的运动和相互作用，生成颗粒场的信息。
通过将这两个模拟结果进行耦合，可以得到颗粒材料在流体中的运动和相互作用的综合结果。
5. edem耦合的优势与传统方法相比，edem耦合具有以下优势：（1）能够更准确地模拟颗粒材料在流体中的运动和相互作用；（2）能够考虑颗粒材料的形状、大小和密度等因素对运动行为的影响；（3）能够预测颗粒材料在流体中的分布和聚集情况，对于涉及颗粒流体化学反应的问题具有重要意义；（4）能够模拟颗粒材料与流体之间的相互作用，对于涉及颗粒-颗粒之间的相互作用的问题具有重要意义。
基于EDEM-Fluent耦合的钙果风筛式清选装置仿真与试验
第11卷第1期 2021年1月农业工程Agricultural EngineeringVol. 11 No. 1J a n.2021基于E D E M_F lu e n t耦合的钙果风筛式清选装置仿真与试验吴楠，贺俊林，刘少华，何永强(山西农业大学农业工程学院，山西晋中030801 )摘要：针对钙果收获装置作业后钙果含杂率高的问题，设计了一种钙果风筛式清选装置。
运用E D E M-F l u e n t耦合方法，以风速、振动筛振幅和振动频率为试验因素，钙果的清洁率和损失率为评价指标，对清选过程进行了仿真分析，并依据仿真结果进行台架试验。
仿真分析与台架试验表明，随着风速、振动筛振动频率与振幅的增加，钙果清洁率先增大后减小，损失率一直增加。
最优工作参数组合为风速10 m/s、振幅10 m m和振动频率9 H z，最优工作参数组合条件下的钙果清洁率96.3%，损失率3. 4%。
研究表明，EDEM-F l u e n t耦合仿真的运用有助于钙果清选研究，研究结果可为钙果清选装置的设计与优化提供理论依据。
关键词：钙果；清选装置；E D E M-F lu e n t;台架试验中图分类号：S225 文献标识码：A文章编号：2095-1795(2021)01-0082-06Simulation and Experiment of Air Screen Cleaning Device forC e r a s u s h u m ilis Based on EDEM-Fluent CouplingWU Nan,HE Junlin,LIU Shaohua,HE Yongqiang(College o f Agricultural Engineering, Shanxi Agricultural University，Jinzhong Shanxi 03080J , China)A b stract：In order to solve problem of high impurity rate of Cerasus humilis after operation of Cerasus humilis harvesting unit, a kind of air screen cleaning device for Cerasus humilis was designed. With coupling method of EDEM-Fluent, cleaning process was simulated and analyzed by taking vibration am plitude, frequency and wind speed as experimental factors, cleaning rate and loss rate of Cerasus humilis as evaluation indexes, and cleaning device were tested according to simulation results. Simulation a- nalysis and bench test showed that with increase of wind speed, vibration frequency and am plitude, cleaning rate of Cerasus humilis firstly increased but then d ecreased, and loss rate always increased. Optimal operating param eter combination was wind speed 10 m/s, amplitude 10 mm and vibration frequency 9 Hz. Under optimal operating param eter combination, cleaning rate of Cerasus humilis was 96. 3%, and loss rate was 3. 4% . Study indicated that application of EDEM-Fluent coupling simulation was helpful to research of Cerasus humilis cleaning. Study results could provide a theoretical basis for design and optimization of device for Cerasus humilis cleaning.K eyw ords：Cerasus humilis, cleaning device, EDEM-Fluent, bench test〇引言钙果，学名欧李，富含钙元素，营养含量高[^。
基于Fluent模拟对Aspen设计的某热风炉的设计优化
基于Fluent模拟对Aspen设计的某热风炉的设计优化周儒昌;鲍家龙【摘要】本文利用Fluent商业软件模拟并优化了基于Aspen软件设计的热风炉节点参数.采用三维非预混PDF燃烧模型,封闭的Standard k-ε湍流模型方程,P-1辐射模型计算了炉内的气体化学燃烧反应.通过模拟计算了初始烧坏燃烧器的炉子流场,借此以改善配风及炉体结构,优化了热风炉出口温度及氧浓度.结果表明优化后的温度场更加有利于设备和后续工艺的长期运行,优化后的氧浓度场更加有利于后续工艺的运行.【期刊名称】《节能技术》【年(卷),期】2017(035)001【总页数】4页(P90-93)【关键词】热风炉;节点参数;数值模拟;设计优化;Aspen【作者】周儒昌;鲍家龙【作者单位】北京航天石化技术装备工程有限公司,北京100166;北京航天石化技术装备工程有限公司,北京100166【正文语种】中文【中图分类】TH133;TP183干燥设备其能耗约占全国总能耗的12%，涉及国民经济的广泛领域，我国每年机械化干燥耗煤量巨大，2008年耗煤342 Mt[1]。
热风炉是石油、化工、医药、食品、烟草、水泥及钢铁等行业中的重要设备，热风炉的安全有效的运行关系到后续工艺的正常运行，因此设计生产过程应予以足够高的认识。
热风炉结构形式，工艺用途百花齐放，实际中主要按照其用途和燃烧方式来划分。
从工艺用途上分为污染型与无污染型热风炉，从燃烧方式分为内燃式与外燃式[2]。
其中内燃式的无污染式热风炉在燃烧器及结构设计上对后续工艺运行十分重要，控制起来也相对复杂，且运行过程中问题相对突出，譬如燃烧器易烧坏、热风炉出口烟气含氧量及温度难以控制，此类热风炉在煤化工中应用广泛。
根据国内外利用动力学模型及数值模拟方法来计算热风炉节点参数，发现通过改变氧燃料比及热风炉结构形式可以达到节能长期安全运行目的[3]。
因此本文对某已出现问题的热风炉进行Aspen重新设计并运用商业软件Fluent进行节点参数优化以期对设计进行模拟优化。
CFD-EDEM耦合方法在气固两相流研究中的应用
CFD-EDEM耦合方法在气固两相流研究中的应用作者：李慈应李姝霖来源：《科学导报·科学工程与电力》2019年第24期【摘; 要】在探月工程中，月球探测器的软着陆过程中必须考虑到缓冲发动机羽流激起月壤尘埃的问题，因为扬起的月壤很可能对探测器设备产生多种不良的影响。
本文以缓冲发动机羽流与月壤所形成的气固两相流场为主要研究对象，介绍了如何应用FLUENT-EDEM两相耦合模块对其进行模拟仿真。
以一个简化模型作为实例，阐述了该耦合方法相较于以往的两相流仿真所具有的优势。
【关键词】两相流;月壤;耦合;EDEM引言实现月球探测器的软着陆是我国探月工程第二阶段的关键技术，而火箭发动机反向喷气是一种常见的着陆缓冲技术。
但在探测器软着陆过程中缓冲发动机羽流激起的月壤可能会衰减导航敏感器件的探测信号，甚至导致仪器无法正常工作，激起的月尘还会造成的视觉模糊，严重影响探测器的安全及准确着落，因此探月过程中必须考虑羽流中的月壤对探测器所能造成的影响。
对气固两相流的研究于探月工程具有不可忽视的积极意义，本文将要讨论CFD-EDEM耦合方法在气固两相流研究中的应用。
1 概述气固两相流的理论分析相较于单相流的分析困难得多，而描述两相流的通用微分方程组至今尚未建立。
大量理论工作主要采用以下两类简化模型[1]：1）均相模型。
将两相介质看成是一种混合得非常均匀的混合物，假定处理单相流动的概念和方法仍然适用于两相流，但需对它的物理性质及传递性质作合理的假定;2）分相模型。
认为单相流的概念和方法可分别用于两相系统的各个相，同时考虑两相之间的相互作用。
目前，对如何处理气固两相流在数值计算上主要采用四种方法：一是将某相看成连续的，根据连续理论导出欧拉基本方程，称为欧拉法;二是将某相视为不连续的离散相，对每个质点进行拉格朗日追踪，称为拉格朗日法。
将上述的这两种方法综合起来，气固两相流的研究方法有欧拉-欧拉、欧拉-拉格朗日、拉格朗日-拉格朗日三种方法。
基于 FLUENT 气固两相流数值模拟与分析
基于 FLUENT 气固两相流数值模拟与分析高德真;李佳璐;李德臣;刘姝;王晓宁【摘要】The pneumatic transmit experiments with the size of sand of 1.2 mm were carried out with compressed air as pumped in the T pipeline experimental bench.Numerical simulation analysis is carried out of the pneumatic transmit process under different condition of the transmission flow and pressure,whereas the change of pressure drop and gas-solid two phase volume fraction in branch pipe was achieved.Numerical simulation results show that,pressure drop is proportional to the transmission flow and pressure in the lower part of the pipe,whereas particle volume fraction is inversely proportional to the transmission flow but proportional to transmission pressure.Gas volume fraction is proportional to flow,but it is inversely proportional to pressure.The simulation results are in good accordance with the experiment results.The study provides relevant basis for the further research of the pneumatic conveying.%以 T 型管道为试验平台，利用压缩空气输送直径为1.2 mm 的沙粒进行气力输送试验。
基于Fluent的气固混合装置输送特性与结构研究
基于Fluent的气固混合装置输送特性与结构研究提纲：第一章：绪论1.1 研究背景和意义1.2 国内外研究现状及不足1.3 研究目的和内容第二章：气固混合装置的工作原理和结构2.1 气固混合装置的基本原理2.2 气固混合装置的结构组成2.3 气固混合装置的分类和应用第三章：气固混合装置的输送特性研究3.1 气相流动特性3.2 固相流动特性3.3 气固相互作用特性3.4 传热特性第四章：气固混合装置的结构优化研究4.1 设计优化方法：计算模拟4.2 结构优化的关键参数4.3 结构优化的实例分析第五章：气固混合装置的应用展望5.1 气固混合装置在化工领域中的应用前景5.2 气固混合装置与其他技术的结合5.3 气固混合装置发展趋势的思考参考文献第一章：绪论1.1 研究背景和意义气固混合装置是一种基于物料输送和混合的装置，广泛应用于化工、冶金、塑料、能源等工业领域。
随着工艺技术的发展和产业的进步，气固混合装置的性能和要求也越来越高。
深入研究气固混合装置的输送特性和结构优化，对于提高装置的效率、降低能耗、增强气固混合效果等方面都有重要意义。
在化工领域中，气固混合装置广泛应用于各种反应过程，如吸收、吸附、蒸馏、干燥等。
例如，工业上常见的干燥设备，如喷雾干燥、流化床干燥、旋转干燥等，都需要通过气固混合装置来实现物料的输送和混合。
在粉体工程领域中，气固混合装置也被广泛应用于颗粒物料的输送、混合、分级、研磨等工艺过程中。
另外，在节能减排方面，对气固混合装置进行研究也具有重要意义。
气固混合装置在生产过程中通常会消耗大量的能量，因此优化其结构和性能，降低其能耗将有助于减少环境污染和节约资源。
1.2 国内外研究现状及不足当前，气固混合装置的研究已经取得了一定的进展，但是在实际应用过程中还存在一些不足。
在国内，目前对于气固混合装置的研究重点在于工艺的改进和应用的开发，如煤化工、矿山、化肥生产等行业。
但是在理论研究和技术创新方面，还有很大的提升空间。
【CN110046388A】一种基于EDEMFLUENT离散元流固耦合建模方法【专利】
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910193703.3(22)申请日 2019.03.14(71)申请人 中铁二院工程集团有限责任公司地址 610000 四川省成都市金牛区通锦路三号申请人 西南交通大学(72)发明人 杨长卫 郭晋豪 王智猛 刘阳 王建 童心豪 郭雪岩 李宗昊 张斌 卢兴旺 (74)专利代理机构 成都环泰知识产权代理事务所(特殊普通合伙) 51242代理人 赵红欣 李斌(51)Int.Cl.G06F 17/50(2006.01)(54)发明名称一种基于EDEM-FLUENT离散元流固耦合建模方法(57)摘要本发明公开了岩土方面的数值模拟分析计算技术领域的一种基于EDEM -FLUENT离散元流固耦合建模方法，先利用前处理软件对模型进行建模、划分网格和设置边界条件等并导出模型文件，然后将模型文件导入到FLUENT和EDEM当中，在FLUENT中进行注浆浆液属性的设置，在EDEM中进行土体宏观和微观参数的设置，并且注意单位的设置，然后FLUENT与EDEM共同计算迭代至收敛；本发明通过有限元网格计算引入到离散元颗粒流计算当中，将浆液的连续性和土体的离散性质都准确地模拟出来，为从事注浆研究的科研工作者提供了创新性的研究思路。
权利要求书1页 说明书4页 附图6页CN 110046388 A 2019.07.23C N 110046388A权 利 要 求 书1/1页CN 110046388 A1.一种基于EDEM-FLUENT离散元流固耦合建模方法，其特征在于，具体步骤如下：第一步，利用Gambit等前处理软件对路基模型进行建模，选择最合适计算的网格类型划分好网格，设置合适的边界条件，并导出网格文件；第二步，将所述网格文件导入到FLUENT中，并且在FLUENT中对连续介质注浆浆液参数设定和等待计算；第三步，将所述网格文件导入到EDEM中，填充离散元土体颗粒，设置土体参数和土体之间微观作用力参数；第四步，将FLUENT中迭代时间步长设置为EDEM中时间步长的1～100倍，在FLUENT中设置模拟时间，然后等待自动迭代计算至收敛。
Barracuda与Fluent_EDEM的区别
Barracuda与Fluent多相流模拟能力对比多相流模型：由于模型的限制，在基于Fluent的多相流模拟中，人为地界定了密相流动和稀相流动，即：以颗粒体积分数为指标，将小于10%的定义为稀相流动，10%以上称之为密相流动。
Fluent中的DPM适用于离散固体相体积分数小于10%（稀相流动）的情况，且该模型忽略颗粒间的相互作用，因此，DPM不适合模拟液-液混合、流化床及任何次级相体积分数不能忽略的问题。
Mixture Model和Eulerian Model用于解决颗粒浓度较大的多相流问题。
其中，Mixture Model可以认为是Eulerian Model的简化版本。
使用Fluent模拟多相流现象，需要根据颗粒浓度、尺度及密度等，选择合适的多相流模型。
例如：特征尺度为1m、特征速度为10m/s的煤分级器中，颗粒尺度在30微米和300微米时，对应的St数分别是0.04和4.0，很明显，Mixture Model就不适用于后一种情况；矿料输运模拟中，如果系统的特征尺度为0.2m、特征速度为2.0m/s，这意味着对于颗粒尺度为300微米的矿料，St数约为0.005，这时，可以选用Mixture Model和Eulerian Model，由于颗粒的体积分数太大而不适合使用DPM。
可见，使用Fluent进行多相流模拟，在模型方面就受到了很大的限制。
然而，真实的流化过程中，颗粒浓度通常有着很大的范围（即某些区域是密相流动，有些是稀相流动）。
这使得我们仅用一种多相流模型对其进行模拟是不合适的。
Barracuda具有统一的多相流模型，并不需要界定所谓的“密相”和“稀相”问题。
因此，对于真实情况中颗粒浓度跨度较大的多相流动现象，Barracuda在模型方面的优势是非常明显的。
计算效率：Barracuda的计算速度是它的又一大优势。
使用Fluent模拟多相流的用户都有过这样的经历：即使经过简化选择了合适的多相流模型，在进行瞬态模拟时，还是会遇到计算结果稳定性和收敛性等方面的问题。
【FLUENT案例】06：与EDEM耦合计算
【FLUENT案例】06：与EDEM耦合计算折腾了很久才把耦合模块搞定，⽤的还是⽹上别⼈编译好的UDF，不完美。
⾃⼰编译的时候，⽼是提⽰⽆法找到fluent中的⼀些头⽂件，个⼈怀疑是操作系统和visual studio的问题，有时间换个系统和VS再试试，其实也挺简单。
此测试案例是EDEM官⽅提供的。
软件设置分为两部分，其中包括在FLUENT设置和EDEM设置，计算模型可以采⽤同⼀模型，也可以采⽤不同的⽹格模型，这⾥采⽤同⼀套⽹格模型。
（EDEM 可以读⼊msh⽂件）。
1 案例描述案例模型很简单，如下图所⽰的交叉管，流经模型的介质包括连续相的⽔和颗粒相。
2 FLUENT设置启动FLUENT，利⽤菜单File | Read | Mesh…导⼊⽹格⽂件intersection_vertical.msh选择General⾯板中的Scale…按钮，确保⽹格模型尺⼨，如下图所⽰。
设置Time为Transient，采⽤瞬态计算设置Z轴⽅向重⼒加速度-9.81添加材料water-liquid设置Cell Zone Conditons⾥头的区域介质为water-liquid，如下图所⽰。
设置inlet边界⼊⼝速度为5m/s，如下图所⽰采⽤标准k-epsilon模型计算打开user-defined > Functions > Manage…在library Name中输⼊udf所在路径，点击load按钮加载udf宏加载完毕后，在Models树节点下出现EDEM⼦节点，如下图所⽰点开来看，设置对话框如下图所⽰。
此对话框⼀会⼉再设置。
现在转⼊EDEM设置。
3 EDEM设置启动EDEM，点击菜单**File > Save”，在弹出的⽂件保存对话框中保存⼯程⽂件，默认名称New EDEM input deck.dem Global标签页中，设置Title为2-phase Eulerian创建新的材料“Particle”，设置材料属性如图所⽰。
基于Fluent的旋风分离器气固两相流数值模拟
基于Fluent的旋风分离器气固两相流数值模拟郝睿源【期刊名称】《《新技术新工艺》》【年(卷),期】2019(000)010【总页数】5页(P35-39)【关键词】旋风分离器; 气固两相流; 数值模拟【作者】郝睿源【作者单位】西南石油大学机电工程学院四川成都 610500【正文语种】中文【中图分类】TQ051.8旋风分离器内部流场较为复杂，属于典型的三维湍流强旋流场，具有非线性、时变性等特点，而颗粒在旋风分离器内的运动则更为复杂。
若想更好地提高旋风分离器的分离性能，就需要深入研究旋风分离器内气固两相流的流动情况。
主要存在3种研究方法：计算流体力学法、实验法和理论分析法。
早期对旋风分离器的研究基本都是理论分析法，为了能够更简便地了解旋风分离器的气固两相流情况，很多学者[1-2]都提出了各种各样的研究假设，所得出的理论研究结果与实际情况存在着一定的差异；而后又有较多的学者通过实验方法来对旋风分离器的分离机理进行研究，并将理论模型与实验数据进行拟合，进而得出了一系列的经验模型，但这些经验模型无法通用于全部类型的旋风分离器，只能对有限的问题进行解决。
计算流体力学法则是近年来随着计算机技术、数值计算方法发展起来的一种研究方法，目前已经取得了较快的发展。
有鉴于此，本文通过建立正确的CFD数学模型，应用Fluent软件来对旋风分离器内气固两相流进行数值模拟研究。
1 数值模拟1.1 几何模型的建立和网格的划分采用ANSYS DM(design model)建模，为了准确反映旋风分离器内部实际的流场情况，对几何模型未作任何简化，保持其几何尺寸与实验结构尺寸完全一致(见图1)，将排尘口的中心处设置为坐标原点，沿着旋风分离器中心轴线向上的方向为z 轴正方向。
而数值计算的关键步骤在于网格的划分，网格划分也是流场数值模拟的前处理过程，最终计算结果的精度会直接受到网格质量的影响，若网格质量较差，还有可能会导致最终计算结果出现严重的失真现象。
基于EDEM-FLUENT耦合的ZJ17卷烟机梗签分离数值模拟与试验
基于EDEM-FLUENT耦合的ZJ17卷烟机梗签分离数值模拟与试验引言卷烟机梗签分离是卷烟生产过程中关键的一个环节，目的是将卷烟机梗与烟丝分离，确保生产的烟卷质量符合要求。
目前，传统的机梗签分离方法主要依靠经验和试验，存在效率低下、人工干预多、成本高等问题。
为了解决这些问题，本文将采用基于EDEM-FLUENT耦合的数值模拟方法，对ZJ17卷烟机梗签分离过程进行研究，以期提高分离效率和质量。
还将通过实验验证数值模拟结果，以确保模拟结果的准确性和可靠性。
1. ZJ17卷烟机梗签分离原理ZJ17卷烟机是目前国内较为常见的一种卷烟生产设备，其机梗签分离原理主要包括离心力、气流和振动三种作用。
在整个分离过程中，离心力作用于卷烟机梗和签接触面，使其呈现出不同的分离趋势；气流主要将卷烟机梗和签分离，振动则可以进一步促进分离效果。
2. 基于EDEM-FLUENT的数值模拟（1）EDEM-FLUENT耦合模拟原理EDEM是一种基于离散元方法的颗粒动力学仿真软件，可以模拟颗粒材料的多物理场行为，如碰撞、破碎、流动等；FLUENT是一种流体动力学仿真软件，可以模拟流体场的各种物理现象。
将EDEM与FLUENT耦合，可以实现颗粒-气流两相流的复杂相互作用。
（2）模拟建模建立ZJ17卷烟机梗签分离的数值模型，包括烟支、机梗、签和分离装置等关键部件。
然后，使用EDEM对烟支和机梗签进行离散元仿真，并记录烟支与机梗签之间的相互作用。
将EDEM模拟结果输入FLUENT，进行两相流模拟，分析气流对烟支和机梗签的影响，以及振动对分离效果的促进作用。
3. 数值模拟结果与分析通过数值模拟，我们可以得到烟支与机梗签在不同条件下的分离效果，并进一步分析影响因素。
离心力、气流速度、振动频率等参数对分离效果的影响程度，以及最优工况的选择等。
4. 实验验证为了验证数值模拟结果的准确性，我们将设计相应的实验方案，采用高速摄像机等先进设备对卷烟机梗签分离过程进行跟踪观测，并记录分离效果。
一种基于EDEM-FLUENT离散元流固耦合建模方法[发明专利]
![一种基于EDEM-FLUENT离散元流固耦合建模方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/fe164a0e856a561253d36f1c.png)
专利名称：一种基于EDEM-FLUENT离散元流固耦合建模方法专利类型：发明专利
发明人：杨长卫,郭晋豪,王智猛,刘阳,王建,童心豪,郭雪岩,李宗昊,张斌,卢兴旺
申请号：CN201910193703.3
申请日：20190314
公开号：CN110046388A
公开日：
20190723
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了岩土方面的数值模拟分析计算技术领域的一种基于EDEM‑FLUENT离散元流固耦合建模方法，先利用前处理软件对模型进行建模、划分网格和设置边界条件等并导出模型文件，然后将模型文件导入到FLUENT和EDEM当中，在FLUENT中进行注浆浆液属性的设置，在EDEM中进行土体宏观和微观参数的设置，并且注意单位的设置，然后FLUENT与EDEM共同计算迭代至收敛；本发明通过有限元网格计算引入到离散元颗粒流计算当中，将浆液的连续性和土体的离散性质都准确地模拟出来，为从事注浆研究的科研工作者提供了创新性的研究思路。
申请人：中铁二院工程集团有限责任公司,西南交通大学
地址：610000 四川省成都市金牛区通锦路三号
国籍：CN
代理机构：成都环泰知识产权代理事务所(特殊普通合伙)
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基于LS-DYNA及FLUENT的板壳结构流固耦合分析
基于LS-DYNA及FLUENT的板壳结构流固耦合分析本文采用ANSYS显示动力分析模块LS-DYNA及流场分析模块FLUENT，对水下的板壳结构运动及其界面的流固耦合现象进行了仿真分析。
流场计算得到的界面压强数据以外载荷的形式施加于结构表面，使其产生位移及变形；同时，结构的变化又进一步影响了流场的分布。
通过往复的双向耦合迭代，得到了板壳结构的动力学响应以及流场的分布情况。
仿真结果与试验结果的对比表明，此方法适用于解决兼有大位移及较大变形特征的流- 固耦合问题。
1 前言在自然界中，流-固耦合现象广泛存在于航空、航天、汽车、水利、石油、化工、海洋以及生物等领域。
很多实际问题中流体载荷对于结构的影响不可忽略；同时，结构的位移和变形也会对流场的分布产生重要影响。
例如各种水下运动机构都需要考虑这种现象。
板壳是基本的结构单元，研究其与流体相互作用的过程的仿真方法对水下结构的设计具有一定的指导意义。
文献利用ANSYS/LS-DYNA对板壳结构在水下爆炸冲击载荷作用下的动力学响应进行了仿真分析和试验研究，文献对窄流道中柔性单板流致振动引起的流-固耦合问题进行了数值模拟，但以上文献所进行的分析均为板壳结构处于约束状态下的平衡位置附近的振动耦合分析。
利用ANSYS静力学分析模块以及CFX或FLUENT等流体分析模块对有固定约束条件的板壳结构进行流-固耦合分析的实例已经很多，ANSYS Workbench中也有这方面的耦合实例。
但是对于流体冲击引起结构的大位移以及较大变形的动力学分析目前还不完善，有待进一步的研究。
因此本文应用大型通用有限元分析软件ANSYS13.0中的显示动力分析模块LS-DYNA以及流体分析模块FLUENT，对受流体冲击作用下兼有大位移及较大变形的板壳结构的流-固耦合作用进行了仿真分析。
2 有限元分析2.1 问题描述本文针对板壳结构受流体冲击载荷作用下的动力学响应进行分析，主要研究板壳结构的运动时间历程、应力分布规律以及对流场分布的影响。
edem-fluent 耦合流程
edem-fluent 耦合流程edem-FLUENT 耦合流程edem-FLUENT 耦合是一种强大的工具，可用于模拟流固耦合问题，其中流体流动与固体变形相互作用。
该耦合流程涉及以下步骤：模型准备：1. 创建几何模型：在 CAD 软件中创建计算域和流固界面。
2. 网格划分：将计算域和流固界面划分为网格。
网格必须在流固界面上匹配，以确保流体和固体之间的连续性。
edem 设置：1. 导入几何：将网格导入 edem 中。
2. 设置材料属性：为流体和固体指定材料属性，包括密度、杨氏模量和泊松比。
3. 定义边界条件：指定流体入口和出口边界条件、固体位移或载荷边界条件。
FLUENT 设置：1. 导入几何：将网格导入 FLUENT 中。
2. 设置流体模型：选择适当的湍流模型并设置其他流体参数。
3. 定义耦合区域：指定流固界面区域，该区域将进行耦合求解。
4. 设置耦合算法：选择适当的耦合算法，如单向耦合或双向耦合。
耦合求解：1. 耦合初始化：交换初始流体和固体状态，以初始化耦合求解。
2. 求解流体方程：求解流体动量和连续性方程，并将结果传递给 edem。
3. 求解固体方程：求解固体运动方程，并将结果传递给FLUENT。
4. 更新流体和固体状态：更新流体和固体状态，以反映耦合效应。
后处理：1. 可视化结果：可视化流体速度、应力、位移或其他感兴趣的物理量。
2. 提取数据：提取力、扭矩、应力或其他计算结果。
注意事项：网格在流固界面上必须匹配，以确保耦合结果的准确性。
耦合算法的选择取决于特定问题的性质。
求解时间可能很长，具体取决于问题的复杂性和网格大小。
edem-FLUENT 耦合是一项强大的工具，但需要仔细的模型准备和设置才能获得准确的结果。
EDEM软件文档资料(三)
5.EDEM算例粘结的颗粒.pdf 本教程阐述如何使用内部粘结的颗粒模型。
6.EDEM算例传热教程.pdf 本教程阐述了如何创建一个模拟使用的传热特征。该模型表明，热冷、热粒 子之间的转移。
7.相夹带教程.pdf
阐述了如何设置一个耦合两相edem-fluent仿真。这是一个欧拉-欧拉模拟演
示夹带一个例子。本教程假定您已经使用FLUENT的一些经验。
部件的CAD模型，对其工作过程和性能进行模拟仿真，改变颗粒及力学模型，
对不同颗粒在机械部件中的运动状况进行分析。FLUENT软件是目前市场上最
流行的CFD软件，它具有非常强大的流体计算功能，在美国的市场占有率达到
60%。在进行网上调查中发现，FLUENT软件是在中国最广泛使用的CFD软件。
因此，将FLUENT软件的流体计算和IDEM软件的离散元计算耦合起来，并将这
响。结果表明:转筒转速的提高有利于改善颗粒的随机运动过程,而且颗粒的
混合效果增强,混合速度加快。装载量的影响相反,随着装载量的增大,颗粒在
转筒径向方向的随机运动虽有增大,但堆积现象比较明显,沿转筒轴向方向的
随机运动明显降低,颗粒的混合速度变慢,混合效果变差。
16.EDEM冶金领域的应用_高炉布料器布料规律模拟研究.pdf 炉顶装料设备是炼铁高炉的重要组成部分，主要用来将炉料分批装入高炉内 部。炉顶装料设备结构和工作性能的优劣直接关系到高炉生产的连续性及高
高的拟合度,且具有数据、图表、动画等多种输出方式,可高效、便捷地处理
散粒体农业物料精确定量分配问题。
3.基于EDEM 的振动筛分数值模拟与分析.pdf 为了寻找振动筛的最佳运动学参数（振幅、频率、振动方向角），达到提高 透筛效率并减少清选损失的目的，利用EDEM 软件，对振动筛分过程进行数
基于CFD-DEM耦合方法烘干筒传热过程仿真
基于CFD-DEM耦合方法烘干筒传热过程仿真烘干筒传热过程中伴随着复杂的颗粒运动,因此基于二维平面建立的传热模型无法对这一过程进行准确地描述。
随着数值模拟技术的发展和计算机硬件水平的提高,有限元和离散元技术逐渐发展成熟并成功应用于工业生产过程的仿真模拟。
目前,基于CFD-DEM耦合的数值分析技术已经成功实现了流固两相流动过程的模拟,这一突破为研究烘干筒内部传热过程提供了新的解决思路。
论文首先分析了我国能源现状和烘干筒节能的意义,介绍了CFD-DEM气固两相流动研究进展,并阐述了论文研究的目的和意义以及本文的研究方法。
对于烘干筒传热过程的影响因素,论文从转速、安装倾角,叶片结构及数量等几个方面进行了系统地分析。
根据烘干筒传热过程的特点,论文以Fluent和EDEM 为例,介绍了CFD-DEM耦合数值模拟的基本原理并分析了适用于密集气固两相系统的欧拉-欧拉数值分析方法、颗粒与气体之间的能量控制方程以及能量控制方程中核心参数努塞尔数的求解方法。
利用有限元分析软件EDEM,论文对骨料在烘干筒料帘区内的运动过程进行
了仿真并对不同产量时骨料颗粒在烘干筒内被提升抛洒次数及滞留时间进行了统计分析。
最后,基于CFD-DEM耦合数值模拟方法,论文对烘干筒料帘区的传热过程进行了仿真。
在颗粒温度变化方面,重点分析了烘干筒出口温度随时间的变化趋势以及烘干筒达到稳定状态时轴向颗粒温度的变化趋势。
在烟气温度方面,重点分析了纵向中心平面温度和烟气出口平面温度随时间的变化趋势及产量对烘干筒传热过程的影响。
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基于FLUENT和EDEM的石灰预热器气固耦合模拟与结构优化[王观民1,2，沈丙振1,2，乔斌1,2][1洛阳矿山机械工程设计研究院有限责任公司，471039][2矿山重型装备国家重点实验室（中信重工机械股份有限公司）471039][ 摘要] 应用流体分析软件FLUENT和离散元EDEM颗粒分析软件对预热器内烟气和石灰石进行气固耦合模拟，得到烟气在预热器内的流线图和速度分布云图。
针对模拟分析结果优化预热器内部结构，使得烟气在预热器内流动更加均匀，降低了烟气出口温度，减少了能源消耗。
[ 关键词]预热器；气固耦合模拟；Fluent；EDEMGas-solid coupling simulation in limestone preheater and structure optimization based on Fluent and EDEM[WANG Guanmin1,2,SHEN Bingzhen1,2,QIAO Bin 1,2][1Luoyang Mining Machinery Engineering Design Institute Co.,Ltd.,471039][2State Key Laboratory of Mining Heavy Equipment(CITICHIC),471039][ Abstract ] Fluent and EDEM were applied to simulate Gas-solid coupling in a preheater, and gas motion trajectory distribution contours and the flow velocity distribution contours wereobtained. According to simulation and analysis results, the internal structure of the preheaterwas optimized, thus the gas flowed more uniform in the preheater, and the temperature ofthe outlet gas and the power consumption reduced.[ Keyword ] preheater; Gas-solid coupling simulation; Fluent; EDEM1前言预热器是回转窑煅烧活性石灰的关键设备之一，回转窑的窑尾烟气在预热器内和石灰石完成热交换，以达到降低烟气的排放温度，提高石灰石进窑温度的目的。
但在实际生产过程中，预热器内石灰石受热不均，不仅造成窑尾烟气排放温度过高，而且石灰煅烧质量也不稳定。
目前也有针对预热器内部流场分布的研究[1]，但是并没有考虑石灰石在预热器内部堆积的无序性对烟气流动的影响，所以其对预热器内烟气流动的模拟分析参考价值不大。
笔者尝试使用流体分析软件FLUENT和离散元EDEM[2]颗粒软件对预热器内窑尾烟气进行气固耦合模拟分析。
2预热器内气固耦合模拟分析2.1FlLUENT和EDEM耦合模块FLUENT和EDEM耦合方法的基本思路是：通过FLUENT求解流场，使用EDEM计算颗粒系统的运动受力情况，二者以一定的模型进行质量、动量和能量等的传递，实现耦合。
具体到本案例为离散元EDEM颗粒软件生成石灰石颗粒并实际接近地填充预热器中，颗粒之间形成的孔隙接近真实情况，EDEM经过一定的计算时间步把颗粒计算结果输入软件FLUENT进行流体模拟计算，其计算迭代收敛后再把流体计算结果返回EDEM软件计算颗粒运动情况，以此循环计算得到烟气在物料中的运动情况。
2.2湍流模型的选择烟气在预热器内石灰石间流动时，其雷诺数约6500[3]，远大于临界点2000~3000，因此烟气在预热器内石灰石间的流动是以湍流为主。
可实现k-ε模型是标准k-ε二元方程模型的改进方案，是目前应用最为广泛的湍流模型，能有效地用于各种不同类型的流动模拟，包括射流和混合自动流动、管道内流动、边界层流动等[4]。
因此综合考虑稳定性、经济性和计算精度，该研究选用可实现k-ε模型分析预热器内部流场。
2.3边界条件模拟分析以烟气进入预热器为边界条件，进预热器的烟气流速为3.29m/s，温度1050℃，烟气出口压力为-4500Pa，其他为自由边界条件。
采用标准壁面函数，无滑移边界条件，壁面粗糙度0.5，石灰石的平均粒径33mm，密度2900kg/m3。
2.4模型的建立和网格划分预热器内石灰石的平均粒径约33mm，在EDEM中简化为球型颗粒。
石灰石下落至预热器内过程如图1~2所示。
图1 石灰石填充预热器过程图2 石灰石填充满预热器Fig1. Process of Limestone filled in to preheater Fig2. Preheater was crammed with limestone 将预热器三维模型进行网格划分．网格单元采用四面体非结构化网格如图3所示。
图3 预热器的有限元模型Fig3. Finite element model of preheater2.5数值模拟与结果分析将应用EDEM软件装满石灰石颗粒的预热器和计算流体力学（CFD）软件FLUENT 进行气固耦合模拟仿真。
压力一速度耦合方程采用贴体曲线坐标系中的非交错网格的简式(simple)算法[5]，压力梯度项采用标准(standard)格式，使用默认的欠松弛因子，监视收敛性判别标准设为10-4，初始化后对其进行迭代计算。
模拟分析得到预热器结构一剖面的烟气流线图、速度分布云图如图4、5所示。
图4 预热器内烟气流线图图5 预热器内烟气速度分布图Fig4. Motion trajectory distribution contours of gas Fig5. Flow velocity distribution contours of gasin preheater in preheater从图4可以看出，窑尾烟气进入预热器后，少量较高速度的在烟气撞上接近预热仓高度一半位置的预热器外壁上，在推杆处形成涡流，推杆附近流线非常稀疏。
从图5也可以看出推杆附近大部分区域几乎没有烟气流动，大部分烟气沿外壁侧上行至排烟口，沿最短路径排出，在仓体的右侧烟气明显较少。
因此，在预热器推杆和仓体上部烟气的流速和流量都较小，这两处石灰石颗粒的传热效果也较差。
3预热器结构的优化为了改善烟气在预热器内的流动，拟采用在预热器中下部增加导气梁干涉预热器内烟气流动的方法，避免推杆处烟气涡流的产生。
将加导气梁的预热器模型重新模拟分析，结果如图6、7所示。
图6 带导气梁预热器内烟气流线图图7 带导气梁预热器内烟气速度分布图Fig6. Motion trajectory distribution contours of gas Fig7. Flow velocity distribution contours of gas in preheater with gas-guiding beam in preheater with gas-guiding beam由图6可知，加导气梁后，通过干扰烟气的流动路径，使得进入液压推杆附近区域的烟气流线明显增多。
对比图4和图6可以看出，左下侧的烟气流速明显增加，使得此处物料的换热效果得到改善。
针对预热器上部烟气分布不均的情况，拟将悬挂装置抬升，并使其和浇注料形成一定角度。
这样可使从回转窑进入的烟气在进入此区域后，经悬挂装置缓冲后，沿四周的浇注料反压到石灰石料面上，从而扩大高温烟气附近区域的影响程度。
图8 悬挂抬升后预热器内烟气流线图图9 悬挂抬升后预热器内烟气速度分布图Fig8. Motion trajectory distribution contours of gas Fig9. Flow velocity distribution contours of gas in preheater after suspension lifted in preheater after suspension lifted从图8可以看出，将悬挂装置抬升并与周边浇注料形成一定角度后，烟气通过该处时有向下运动并扩散的趋势。
对比图5和图9可以看出，低速烟气区域明显减少，扩大了烟气和石灰石物料的热交换范围，提高了换热效果，同时预热效果更加均匀。
4结论1）借助离散元软件EDEM生成的近似生产实际的石灰石颗粒，更加真实的还原了石灰石在预热器内堆积的孔隙，然后使用流体分析软件Fluent和离散元EDEM耦合模拟烟气的流动，能够更加接近实际和直观的观察到烟气在预热器内流动情况，为设备的优化及工艺操作的改进提供了更准确的数据。
2）经过优化后的预热器换热效果明显提高，从江阴某冶金石灰厂反馈的数据，烟气从预热器排出的平均温度在200℃左右，较以前的250℃有明显的改善，大大降低了产品的热耗。
[参考文献][1]廖志明竖式预热器和冷却器热流场分析[D].河南科技大学硕士论文2010.[2]张辉，张永震. 颗粒力学仿真软件 EDEM 简要介绍[J].CAD-CAM 与制造业信息化，2008，(12)：48－49.[3]廖志明李济顺等.回转窑竖式预热器的热流场分析[J].中国机械工程. 2010, 21(17): 2074-2078.[4]T H Shih,W W Liou,A Shabbir, et al.A New k-εEddy Viscosity Model for High Reynolds Number Turbulent Flows [J]. Computer Fluids,1995,24(3）:227-238[5]江帆黄鹏编著 Fluent高级应用与实例分析[M].北京.清华大学出版社2008.。