案例4 - 旋转分离器

1.案例介绍

旋流分离是一种广泛应用于流程工业、油气工业和水泥工业的分离技术。旋流分离器内发生的分离机制称为分级，即细颗粒和粗颗粒以及较轻和较重的颗粒根据其在流体中的最终速度进行分离。旋流分离器的工作原理是在初级阶段诱导螺旋旋转，由于离心力的作用，使悬浮颗粒的径向加速度增强。由于外加涡流，较大的颗粒径向迁移到外壁，然后螺旋下降到底流，具体模型如下图。

2.几何/网格文件

几何文件：separator.step

网格文件：separator.med

3.操作说明

本案例在格物CAE ->拉格朗日粒子仿真模块中完成。

3.1 网格导入

在 拉格朗日粒子仿真 ->网格 中，类型选择 上传网格，依照指示，将网格文件separator.med以拖曳或以选择文件的方式导入网格。

3.2 计算设置

点击拉格朗日粒子模块处，选择湍流模型为 k-epsilon 模型，时变特性为 瞬态，关闭温度计算，拉格朗日计算设置方法选择为 单向耦合

3.3 材料选择

点击 材料 右侧的 [+]，添加流体材料，选择 水，其他保持默认，如下图所示。

3.4 初始条件

在 拉格朗日粒子模块 ->初始条件 处设置初值，具体设置如下图。

3.5 边界条件

点击 拉格朗日粒子模块 ->边界条件 右侧的 [+]，即可选择预定义的边界条件，依次进行如下边界条件的定义：

• 速度入口-粒子1

点击选择 速度入口，入口速度设为 5 m/s，拉格朗日边界类型选择 粒子注入，点击 拉格朗日粒子 右侧的 [+]，注入粒子数量 10，注入粒子频率 10，注入粒子密度 1000 kg/m³，其他保持默认。

• 粒子入口

点击 拉格朗日粒子右侧的 [+]，注入粒子数量 10，注入粒子频率 10，注入粒子密度 10000 kg/m³，粒子速度选择流体速度，其他保持默认，点击 施加位置右侧的 [+]，选择inlet。

• 出口

选择 出口，拉格朗日边界类型为 粒子流出，点击 施加位置 右侧的 [+]，选择 outlet。

• 壁面

选择 壁面，点击施加位置右侧的 [+]，施加位置选择 top、wall_in 和 wall_out，修改拉格朗日边界类型为 粒子回弹。

3.6 设置重力

在自由表面流体仿真→全局模型 处设置重力，重力大小为 9.81m/s² ，具体设置如下图。

3.7 时间步长设置

点击 拉格朗日粒子模块 -> 时间步&资源，保持定时间步长计算，选择时间步数为 1000，时间步长为 0.01 s，计算核数为32，选择流场、粒子、迹线输出频率为 10，即每计算10步输出一帧后处理结果，具体设置如下。

可在计算核数栏选择填入需要使用的计算核数。

4. 计算和仿真结果

4.1 提交计算

设置完成后，点击 仿真计算，点击 提交计算，即可开始计算。

计算完成后，在拉格朗日粒子模块处会显示绿色图标，此时可开始进行仿真结果的查看。

4.2 查看结果

点击 仿真计算->结果云图，选择物理场为 Velocity/Magnitude，即可查看速度场