如何用fluent求临界速度

xiaoxiaobadi

为阐述方便，先来一段原始模型的描述：旋转液膜反应器的反应区的关键部件由转子和定子两部分构成，其结构示意图如图3所示。旋转液膜反应器的入口由原来的四个液体分布叶片改为实心的圆柱体，图中单斜线阴影部分是原反应器的结构，交叉阴影部分是改进之后的旋转液膜反应器结构。反应物由连接圆柱体的两根管子加入到反应器中，改进后的旋转液膜反应器能够尽可能的减少空气被卷入到反应器中间。位于内部的转子是一个类似圆台的形状，高为17 mm，上部直径为40.8 mm，下部直径为50 mm，可以在一个1 KW的马达带动下按设定的转速旋转，转速调节范围为1000~5000 rpm。转子侧面与底面的夹角为75 ℃，可以通过外部定子的上下移动来调节反应区的间隙宽度。宽度调节范围为0.1~0.5 mm。
  然后是最主要的问题：当流体加入速度大于一定数值时（加入速度较小时不予考虑），流体会从反应器的入口处溢流出反应器外界。
  
  请问如何用fluent求出这个临界速度？
  fluent对这一临界状态有什么判别标准吗？比如说质量通量、path-line等等
  
  我是把网格做如下简化处理：只用两个半径不同的同轴圆台（Frustum）做差得到的区域模拟旋转区域。圆台顶面为velocity-inlet，底面为pressure-outlet（还是应该为outflow？），内壁为wall（rotating），外壁为wall。（stationary）。

  从现在模拟的结果来看，若加入速度相对较小得不到收敛解。若加入速度相对较大可以得到收敛解。但是却可以一直大下去，而且越大越容易收敛，不过通过显示顶面的path-line发现速度太大以后，流体就“直上直下”了，不受旋转的影响，与事实很不符。。。。。。
  此外还有几个问题不太确定，该问题是定常流还是非定常流，底面的边界条件是pressure-out还是outflow？若是pressure-out，回流强度如何确定？
  还有做网格处理只考虑1/4的三维90度扇形环区域以简化计算，不知道可不可以，周期边界该如何设定？
  当然最主要的还是这个临界速度怎么求？

  恳请高手指点，这个问题困扰我好几个月了，一直不知道怎么解决。
  小弟不胜感激！！！

xiaoxiaobadi

没人理，自己先顶一下吧~

xrs333

你的问题是多相流。你可用VOF模型，计算域应扩大，包括进出口上下一定大小的空间，但可简化为二维轴对称旋转流动。
但是我还是怀疑CFD对你的问题是否有用。做实验不是更便捷吗。

xiaoxiaobadi

多谢版主的回复
这个实验是学校化工专业做的，其中对应不同转速和间隙的临界速度已经通过实验统计出来。
现在就是想直接通过fluent数值模拟得到跟试验相接近的结果，再模拟一下实验中不能做到的其他转速和间隙的情况，看看最终能不能得到什么有用的规律。
现在还得不到跟实验相接近的结果啊

xiaoxiaobadi

如果采用如下的简化处理，只考虑转子和定子之间间隙的模型：
网格由2个等高但半径不同的frustum相减得到，上面的环面定义为velocity-inlet，下面的环面定义为pressure-outlet或outflow，内侧面定义为rotating的wall，外侧面定义为静壁。

我有一个问题恳请指点：
在这个模型中，如果通过velocity-inlet的值来指定入口速度，是不是就算实验中有流体溢出，在模拟中也不会出现溢出的情况。因为，既然入口速度给定，流体就不可能重新流回入口出----违背边界条件，进而溢出反应器。

主要是现在一直用这个模型，

xiaoxiaobadi

主要是现在一直用这个模型，虽然感觉不太对，但具体不知道哪里不对。。。

xiaoxiaobadi

如果按照你说的方法，请问如何用fluent模拟流体溢出时的临界状态呢？或者说，fluent可以通过什么标准来确定流体是否溢出呢？恳请指点，不胜感激！