DPMFoam求解中，重力居然会加速液体相？

zhangxc0223

最近用DPMFoam做颗粒-流体模拟，感觉速度的趋势有点不大对劲。然后试了一下用DPMFoam求解纯液体相（颗粒设置了一个较大的入射时间，所以没有颗粒进入），发现液相的速度居然会被重力加速，请问这合理嘛？

我试过最简单的channel395模型，改成用DPMFoam求解。边界条件中， laminar模型牛顿流体，U.air中只有noSlip和cyclic，p中只有 zeroGradient和cyclic，internalField都是0，没有其他任何源项，重力g设置成顺气流方向。这样求解出来的液相会被重力加速，比如0.1s时，channel中心线上液相速度正好为0.98m/s。

我的理解是，重力在数值计算中应该只加速颗粒相吧？我的密度输出文件rho.air中，也一直是uniform 1.225，即我设置的初始值，所以液相没有理由被加速呀，想不通。。。

upc_ngh

您好，我最近也在专研DPMFoam，有个问题想请教一下您，假设我在初始的位置上设定了N个粒子，那么他是自动每隔一定的时间发射出Ｎ个粒子吗，最后系统是aN个粒子吗？谢谢了

李东岳

http://www.cfd-china.com/topic/394/

@zhangxc0223 之前发现过这个问题，具体后来怎么解决的我有点忘了...

zhangxc0223

@upc_ngh 看你怎么设置了吧，你说的在指定初始位置上设置N个粒子应该是manualInjection吧，这个就是有一个入射时间SOI，在该时间步一次性加入。自动随时间入射的有patchInjection之类的，这些才可以设定parcelsPerSecond。

zhangxc0223

@东岳谢谢东岳老师，您链接的这个帖子里确实有讲，这个问题是phiForces引起的，后面也有讨论到怎么修正，不过我需要理解消化消化，再次感谢

upc_ngh

@zhangxc0223 在 DPMFoam求解中，重力居然会加速液体相？中说：

manualInjection
好的，明白了，多谢多谢

zhangxc0223

@东岳根据那个帖子的后续讨论，想提两个问题。

按照我的算例，重力是顺气流方向，如果我只想把重力作用在颗粒上，不作用在流体上，能不能直接删掉phiForces里面的 “+ rAUcf*(g & mesh.Sf())”项？直接删掉的话会有什么不合理的地方吗？源代码如下：

surfaceScalarField phicForces
(
   fvc::flux(rAUc*cloudVolSUSu/rhoc) + rAUcf*(g & mesh.Sf())
);

if (pimple.momentumPredictor())
{
    solve
    (
        UcEqn
     ==
        fvc::reconstruct
        (
            phicForces/rAUcf - fvc::snGrad(p)*mesh.magSf()
        )
    );

    fvOptions.correct(Uc);
}

我试着用这样修改后的求解器进行一些简单的算例（比如一个颗粒流体中，颗粒流体初速度均为0，让其在重力作用下加速）结果看起来没有问题。但是不知道会不会有其他的隐性问题，想请问一下各位。

还有想问一下，这个DPMFoam，考虑重力作用在流体上的初衷是什么？

李东岳

标准的拉格朗日离子方程需要通过连续相的压力梯度计算浮力。如果你假定连续相的不可压缩，这一项需要在拉格朗日粒子中同时重新植入一下。对于粒子项密度更大的时候，或许可以忽略

批注 2019-11-16 144145.png

你看下拉格朗日那面浮力怎么计算的。手头没有openfoam有点忘了

zhangxc0223

@东岳有个问题还是没明白，在竖直向下的颗粒-空气流中（重力方向向下，只考虑重力和拽力），速度关系应该是：固体颗粒的速度>颗粒流中气体的速度>纯空气流动中的气体速度。但是在DPMFoam求解出的结果中，无论总是得到：固体颗粒的速度<颗粒流中气体的速度。不知道这个是不是一个bug？还是说DPMFoam的求解初衷不适合这种流动？

zhangxc0223

@zhangxc0223 在 DPMFoam求解中，重力居然会加速液体相？中说：

@东岳有个问题还是没明白，在竖直向下的颗粒-空气流中（重力方向向下，只考虑重力和拽力），速度关系应该是：固体颗粒的速度>颗粒流中气体的速度>纯空气流动中的气体速度。但是在DPMFoam求解出的结果中，无论总是得到：固体颗粒的速度<颗粒流中气体的速度。不知道这个是不是一个bug？还是说DPMFoam的求解初衷不适合这种流动？

抱歉句子没说完整：
无论有没有这个phiforce的重力项，总是得到：固体颗粒的速度<颗粒流中气体的速度。不知道这个是不是一个bug？还是说DPMFoam的求解初衷不适合这种流动？

李东岳

@zhangxc0223 在 DPMFoam求解中，重力居然会加速液体相？中说：

固体颗粒的速度<颗粒流中气体的速度

为什么？DPMFoam在求气泡的时候气泡颗粒速度肯定大于液体速度呀

zhangxc0223

@东岳确实求出的结果就是这样，我也纳闷。然后我试了很多组模拟，发现在总体速度稍低（Ub≈3）的颗粒流中，颗粒速度总是会大于气体速度，然而在总体速度稍高（Ub≈12）的颗粒流中，颗粒速度只有在近壁区域会大于气体速度，其他区域都是小于气体速度。如下两图所示，其中纵坐标是颗粒或者气体的绝对速度，横坐标是距离中心线的距离，r/R=1表示管壁。我的模拟都是重颗粒（颗粒空气密度比为1000）

我一开始以为是网格的问题，然后根据速度的不同，按相同比例细化之后，发现仍然是这个趋势。不知道是什么原因导致的？会是DPMFoam中对颗粒速度处理的问题嘛？

我查找过相关文献，但是确实在稍高速度的条件下的研究很少，所以也无法确定是模拟的问题，还是颗粒流的真实情况就是这样？但是我的理解是颗粒收重力的作用，任何情况下都会比气体快的，这个理解没错吧？

李东岳

这是竖直管道颗粒流？边界条件都是什么样的？稀疏的？St数有多少。你这个截面位置在什么位置

zhangxc0223

@东岳对，竖直管道，重力和就是流向方向，出入口是周期边界，然后用添加了一个Ubar控制总体速度，初始速度场是从充分发展湍流的管流映射过来的。颗粒-气体体积分数是1o^-4量级，St在5左右。这个截面也是充分发展之后的结果。

李东岳

@zhangxc0223 我正在用矩方法算这个耶.. 针对你的问题，感觉跟这个很像，https://www.jianguoyun.com/p/DSS2YxIQ9s3ZBhjX_6oC 看图3，二者速度无差异

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DPMFoam求解中，重力居然会加速液体相？