十七、DPM模型参数设置详解

上篇文章只是给出了DPM模型的一个案例，本篇文章就来详细介绍一下DPM模型参数设置的意义。                                     

当打开Discrete Phase模型时，会弹出下图的窗口，我们来逐项分析选项的设置意义。

1.Interaction

表示双向耦合，即连续相和离散相之间的相互影响。

 

耦合VS非耦合

非耦合：当不勾选Interaction选项，DPM颗粒的唯一用途是用于后处理，通过后处理中的粒子轨迹能够看到流场的变化。颗粒可以受到传热传质的影响，但相应的变化(如蒸发液滴的蒸汽)不会影响溶液的流动。

耦合：当勾选Interaction选项，颗粒会影响流体的流动，如当曳力作用于粒子时，存在的动量交换会改变流体的流动，这些影响作为DPM SOURCE传递到连续相。一般情况下，如果我们考虑粒子受力情况，我们的工况都应该是考虑到双向耦合的。

2.Particle Treatment

表示颗粒追踪方式，有稳态和非稳态之分。

稳态VS非稳态

稳态：如果不勾选Unsteady Particle Tracking，则表示稳态追踪，则在粒子释放后，将对其进行跟踪，直到它根据边界类型（指文章十六中的Escape、Trap边界），到达其最终目的才会停止追踪。在稳态追踪下，如果粒子无法到达这些边界，那么就会停留在其中，计算会不完全。

后处理中显示Particle Residence Time（粒子停留时间），同时控制面板显示number tracked = 146, escaped = 146。

 

以文章16中的案例为例，我们使用的就是稳态追踪，Wall边界设置为Reflect、Outlet边界设置为Escape，表示粒子遇到Wall会反弹，只有遇到Outlet才会从流场中流出。计算结果显示，最大的粒子停留时间达到了725s；number tracked = 146, escaped = 142, incomplete = 4，共146个粒子，有4个没有流出。

非稳态：如果勾选Unsteady Particle Tracking，表示非稳态追踪，则将按一定的时间步长对每个粒子进行追踪，而不一定到达指定边界，计算达到时间步长之后，则更新连续相。应当指出，Unsteady Particle Tracking和连续相的稳态非稳态无关。

 

3.Tracking

参数Max.Number of Steps

可能会有同学有疑问，不是说粒子不遇到特定边界类型就会一直追踪吗？上面的例子有4个粒子没有从流出中流出，为什么还是停止计算了呢？

这是因为我们在DPM模型设置指定了Max.Number of Steps，表示计算次数，类似于稳态计算中的迭代次数。如果在此之前所有粒子逸出，那么停止追踪。如果粒子一直不逸出，达到最大计算次数，仍然会停止追踪粒子。

我们将这个数值由50000改成500后，粒子最大停留时间变为了11.4s；number tracked = 146, escaped = 130, incomplete = 16，有16个粒子没有逸出。

 

将Max.Number of Steps仍然等于50000，如果将Wall边界设置为Trap、Outlet边界设置仍为Escape时，结果显示最大的粒子停留时间为7.68s；number tracked = 146, escaped = 115, trapped = 31，从Outlet流出115，被壁面捕获31。

 

总结来说，就是稳态时，要么所有粒子完全到达指定边界，要么计算达到Max.Number of Steps设置的最大值，这两种情况下对于粒子的追踪才会停止。

 

参数Specify length scale：输入公式中的L，控制积分时间步长的参数，L与积分时间步长成正比，相当于粒子再次求解其运动方程和更新其轨迹之前的移动距离。显然其值越小颗粒运动越精确。

参数Step length factor：输入λ，λ与积分时间步长成反比，等于通过当前连续相位控制体积所需的时间步长数。其值越大，颗粒运动。

4.Physical Models

表示DPM模型中，可以对颗粒考虑力和其他的作用，如碰撞、破裂等。

从上到下依次为：

Thermophoretic Force：热泳力

Saffnan Lift Force：萨夫曼升力

Virtual Mass Force：虚拟质量力

Pressure Gradient Force：压力梯度力

Erosion / Accretion：侵蚀/积聚

DEM Collision：DEM碰撞

Stochastic Collision：随机碰撞

Breakup：颗粒破裂

 

5.UDF

可以通过UDF的方式对颗粒所受到的体积力、DPM源项及时间步长等进行指定。同样也可以通过求解输运方程的方式对DPM模型进行求解。

 

需要指出，DPM模型的UDF和普通的UDF形式上不太相同，DEFINE宏中间一般包含DPM关键字。如DEFINE_DPM_BC、DEFINE_DPM_BODY_FORCE

 

6.Numerics

控制粒子跟踪的数值方案以及热量和质量方程

如Tracking Options用来控制求解方程的误差，其中Accuracy Control允许在指定公差内求解运动方程。

Coupled Heat-Mass Solution表示热质耦合，使用耦合ODE解算器，对液滴、燃烧或多组分粒子进行容错控制，从而实现相应方程的求解。

7.Parallel

用于控制对离散相模型的并行处理，包含控制并行执行离散阶段计算的计算节点的参数。包含三种方法，分别为Message Passing(信息传递)，Shared Memory(分享内存)和Hybrid(前两种方法的混合)。关于并行计算，由于2020版本的Fluent不再有串行的概念，因此掌握并行计算的概念很有必要，尤其对并行UDF而言。

 

8.总结

对于DPM模型，第6点和第7点一般保持默认即可，不必更改。物理模型的选择和UDF的使用可能较多。下次我们详细介绍一下Injection的设置中可能存在的一些问题

  

 

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