fluent软件、idem软件耦合及应用研究

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1、FLUENT软件、IDEM软件耦合及应用研究第1章绪论1.1选题的目的和意义我国国土资源辽阔，但用作可耕地面积比重较小，面对如此人口众多的农业大国，农业现代化成为发展我国农业的必然趋势。农业现代化覆盖面较为广泛，精密播种是实现农业现代化中非常重要的环节，同时也是实现农业现代化的必经之路。精密播种采用现代精密播种机械，可以快速、有效和精准地将大量种子按一定要求播撒在田间，可以保证种子在田间的分布合理、播量精确、株距分布均匀和播深一致，为种子的生长发育创造了最佳条件，同时可以避免大量种子不必要的浪费，减少田间间苗、定苗用工，保证作物的稳步增产，实

2、现增产增收。精密播种作业对精密播种机械的要求越来越迫切。在我国，精密播种是从20世纪80年代才开始研究和推广的，但是由于缺少先进的精密播种机，到现在仍没有被广泛应用。作为精密播种机的核心部件精密排种器，它的结构是否合理将直接影响到播种机的播种精度、播种速度、制造成本以及对种子的适应性等各个方面。因此对精密排种器进行研究，将进一步提高精密播种质量，加快精密播种的发展速度。目前，大多数研究者对排种器的研究仍然采用传统的研究方法，通过设计、试制、样机试验、统计分析、改进设计、试制和再试验，如此反反复复，直到达到要求的结果。在排种器的研究过程中，许多

3、结构参数都是依靠设计人员的经验来确定的，并且农机试验的季节性强，所需实验数据量大，数据分析复杂，这又会造成大量人力、财力的浪费，还有可能得不到最佳的优化效果。显然，新产品开发需要经过很长时间才能够投入生产。1.2国内外研究现状及存在问题1.2.1气固两相流的研究现状及存在问题随着计算机技术的不断发展，人们对气固两相流技术越来越关注，国内外对气固耦合的研究一般采用两种模型：颗粒轨道模型以及颗粒拟流体模型。基于颗粒拟流体模型的流态化过程数值模拟，在近几十年中已经取得了很大的发展，连续介质模型的建立和计算均依赖于CFD（计算流体力学），CFD的数值

4、求解方法大体可分为两大类，一类是把压力作为基本求解变量，另一类是把密度作为基本求解变量。把压力作为求解变量的方法应用非常广泛，它既可以仿真分析不可压缩流动，又可以仿真分析可压缩流动。同时，它还可以用来对流体的流动和热传导等相关物理现象进行仿真分析。颗粒轨道模型是将流体作为连续介质，把固体颗粒当作离散系统来处理。离散体系的处理是用弹性力和阻尼力来模拟颗粒之间的相互作用力，利用弹性、阻尼及摩擦滑动等模型来进行仿真计算，就是所谓的离散元方法。经过多年的不断努力，研究者们在研究密相气固两相流方面取得了一些成果。1992年Tsuji等人将DEM与CFD

5、相结合来计算气固两相流动，1997年Yu和Xu对DEM-CFD耦合算法进行了完善。由于它具有不受任何颗粒载荷限制的特点，在各种领域里被广泛地应用。第2章基于FLUENT软件二次开发的流场计算研究2.1引言要实现IDEM软件与FLUENT软件的耦合，就要求IDEM软件和FLUENT软件通过一种方式建立起联系。FLUENT软件有两种方法可以对网格处理、边界条件、流体计算模型等参数进行设置。一种是点击菜单项，在弹出的相应对话框中进行参数设置；另一种是在窗口中输入命令流的方式来进行设置。本章以课题组自主研发的离散元法软件IDEM为例，研究使用第二种方

6、法，使IDEM软件与FLUENT软件建立联系，即在IDEM软件中将操作命令输入到日志文档中，由FLUENT软件窗口读取该日志文档中的命令，从而实现IDEM软件对FLUENT软件的外部操作，如打开工程、网格处理、边界条件设置、初始化物理场、求解器选择、稳态计算、瞬态计算等功能。在保证了两软件中三维模型及全局坐标系一致的前提下，还必须保证两软件中的网格位置及大小一致，因为需要对应网格上的数据进行传递。FLUENT软件和IDEM软件计算时所需网格的设置有所不同。FLUENT软件所需的网格数据是在Gambit软件中处理的，在Gambit中网格按照需要

7、的大小直接进行划分，只需要设置每一个网格的边长即可；在IDEM中为了得到相同大小的网格，需要知道被划分网格模型的大小，对需要划分的区域进行平均分，以保证每个网格位置及大小与Gambit中的一致。2.2打开FLUENT软件建立工程IDEM软件把所需要操作的命令流写入并保存至temp.jou日志文档中，FLUENT软件从temp.jou中读取命令并以命令流的形式写入到FLUENT软件操作面板里，执行相应的操作，其流程如图2.1所示，具体步骤如下：（1）在IDEM中新建文本文档，命名为temp.jou，用于存放操作FLUENT的命令；（2）IDEM

8、软件中写命令流到temp.jou；（3）FLUENT软件从temp.jou中读取命令；（4）FLUENT软件执行相应的操作。为了保证正确导入UDF函数，避免与其它打