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1、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
2、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
3、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，还是名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - -
4、- - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 3 页 - - - - - - - - - 会遇到计算结果稳定性和收敛性等方面的问题。计算时间通常会持续数天到数周，加上调试参数，调整模型等工作，耗费的时间还要延长。Barracuda基于 CPFD技术，可以在合理的时间内获得有意义的准稳态计算结果。一般情况下，计算时间如下：实验设备级别 若干小时中试设备级别 一至两天工业产品级别 一至两周化学反应：Fluent 中的多相流模拟中， 如果考虑化学反应，计算过程将更加的复杂，想在工程设计周期内获得有参考价值的计算结果几乎是不可能的。这主要是因为，
5、Fluent 中多相流模型，化学反应模型是相对独立，当用户在两者都关注时，仅是简单的将两种模型都选择上，这种方式类似于简单的叠加，而且，当选择多相流模型后，很多的化学反应模型是不可用的，这种兼容性问题严重的影响了Fluent 在多相化学反应模拟领域的应用。Barracuda在开发之初，就是以化工行业问题为研究对象，所以将化学反应动力学与流体及颗粒的动力学方程紧密耦合，因此，在求解包含了化学反应的多相流问题上也是得心应手。Barracuda的核心原理是什么？Barracuda是基于 CPFD （Computational Particle Fluid Dynamics ）数值方法开发的一款致力于
6、工程流化问题模拟的商业软件包。该方法是由CPFD software公司的创始人之一 Dale Snider博士发明，该方法在Eulerian Lagrangian框架下，将颗粒和流体间的相互作用紧密耦合，能够更真实的模拟“ 颗粒 - 流体” 系统。CPFD 是基于 Eulerian Lagrangian框架对颗粒体多相流进行模拟的。虽然通过颗粒体积分数的空间梯度，Eulerian Eulerian模型可以模拟密集颗粒流附近的颗粒间应力，但若考虑到颗粒的类型和尺度分布，连续方程将异常复杂，因为需要对每名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - -
7、 - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 3 页 - - - - - - - - - 一种类型和尺度的固体相求解连续方程和动量方程。Eulerian Lagrangian模型是一种求解颗粒多相流较为经济的方法，它考虑较宽范围的颗粒类型、尺度和速度等。尽管如此，对于颗粒体积分数较高的情况，颗粒间的碰撞频率极高，采用真正意义的 Lagrangian方法计算碰撞也是不现实的。CPFD 技术借鉴了 MP-PIC （multiphase particle-in-cell）方法，对颗粒相进行了双重处理方法，即颗粒既被视为是连续介质，也被视为是离散体。将颗粒应力梯度（在密集
8、颗粒流中难于对每个颗粒进行计算）处理成流体网格上的梯度，然后插值到离散颗粒体上；而颗粒相的其他属性则在离散颗粒的位置处进行计算。CPFD 定义了一种插值算子，这种算子计算速度高，且可以保证全局及局部的守恒。这样，CPFD 方法消除了对高计算量的隐式解的依赖网格上颗粒法相应力计算所需要的；更重要的是，颗粒相和流体相隐式的耦合起来，为设计人员提供一个鲁棒性优良的数值解。Barracuda 与 EDEM有何区别？首先，二者的从发点不同。Barracuda来源于传统的 CFD技术，是在模拟流动现象的基础上，将重点转移到含有固体颗粒的流体流动，即多相流动。EDEM所基于的离散元方法（ DEM）诞生于岩土
9、力学领域，属于固体力学的分支，主要是通过分析每个颗粒体细观受力状况，来描述整个颗粒体系的行为特征的，EDEM模拟多相流问题，主要是在颗粒相互作用的基础上，加入了和流体的相互作用（主要体现在质量、动量及能量交换）。其次， EDEM模拟流化问题，是采用与Fluent 耦合的方式，由于DEM是严格的满足 Largangian框架，即每一个颗粒的属性都需要求解。因此，比较适合于颗粒数量较少的情况，如实验室的流化装置模拟。Barracuda可模拟工业量级的流化问题。最后，在化学反应方面， Barracuda更具优势，因为 Barracuda本身对化学反应就有足够的考虑，无论是理论基础及操作界面，都很可靠和便捷。而EDEM Fluent 耦合方案需要对Fluent 的化学反应模型及EDEM中颗粒尺度变化进行设置（需要 EDEM API 功能），虽然可行，但需要对编程及数值算法有很深的理解，执行起来难度很大。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 3 页 - - - - - - - - -