如何在 3DEXPERIENCE 平台上使用粒子仿真

粒子，无论是液滴、气泡还是固体颗粒，都会以复杂的方式与流体流动发生相互作用。这些相互作用会直接影响产品的性能、效率与安全性。

借助粒子仿真来理解流体流动中的粒子运动行为，对于汽车、航空航天、制药以及消费品等众多行业而言都至关重要。

什么是流体动力学工程师角色？

3DEXPERIENCE 平台上的 ** 流体动力学工程师（FMK）** 角色，具备在流体动力学仿真中进行粒子喷射与分析的能力。该能力可让工程师开展拉格朗日粒子追踪仿真，以分析含颗粒流体的流动行为。

粒子仿真研究需要哪些条件？

在任意一款流体流动仿真软件中开展粒子研究，都必须定义粒子喷射源与粒子模型。此外，还可启用热效应，以考虑拉格朗日粒子在流体流动中被加热或冷却的过程。

粒子喷射源：流体动力学工程师角色中的流体场景创建应用，提供了指定粒子喷射源的选项，该选项用于定义拉格朗日粒子进入流体域的位置（例如某个曲面）。

粒子建模：拉格朗日粒子可定义为无质量粒子或有质量粒子。无质量粒子会沿流线运动；若为粒子赋予质量，其运动轨迹将受到拖曳力、重力、压力以及虚拟质量力的共同作用。对于包含超大颗粒的仿真，粒子运动的影响还会改变流场的动量与能量。

粒子仿真研究的应用案例

下文案例中，针对用于从污染空气中分离颗粒物的旋风分离器，开展了瞬态流动分析。这类分离器因运动部件少、无需机械过滤器，在各类工业场景中得到了广泛应用。

旋风分离器的问题陈述

在旋风分离器仿真研究中：

• 空气以约 10m/s 的切向速度流入旋风分离器，并在分离器内部形成高速旋转的流动涡旋。涡旋会将轻质颗粒输送至出口处。

• 较重的颗粒会与分离器内壁发生碰撞，逐渐损失动量，最终落入集尘器中。

• 为便于仿真，假设旋风分离器出口连通至环境大气压。

• 为分析分离器的工作性能，需评估以下关键绩效指标（KPI）：分离器进出口压降、分离效率，以及涡核与速度分布的可视化效果。

在 3DEXPERIENCE 平台开展粒子仿真的其他注意事项

在流体动力学工程师角色中分析旋风分离器时，需采用基于网格的方法开展瞬态研究，以精准捕捉流体域。与真实场景一致，仿真中将选用空气作为承载粒子的流体。

仿真时长

此外，为确保分离效率数值准确，瞬态粒子流动仿真的总时长应大于粒子的平均停留时间。停留时间用于衡量粒子在旋风分离器内部，从进入到通过出口排出或被集尘器捕获所经历的时长。

基于网格的方法

采用基于网格的方法定义流体域时，用户需要为分析对象选定流体区域，并识别流体开口。

粒子定义

为定义流经分离器的空气与粒子的运动行为，需选择物理行为选项。该选项允许用户启用粒子建模功能，以定义粒子属性、粒子类型（无质量或有质量）以及粒子间相互作用。

粒子仿真研究设置定义

流体流动的物理行为包含各类环境条件对流体的影响，以及流体自身的固有物理特性。

边界条件

边界条件包含旋风分离器入口处空气与粒子的速度。

粒子会因与旋风分离器内壁、粒子间发生相互碰撞而逐渐损失动量，部分粒子最终落入底部的集尘器。

粒子注入

需要定义粒子喷射源，以控制悬浮粒子的质量流量。

访问粒子喷射源命令

粒子喷射源可指定粒子流动的各类特征参数，包括：

喷射剖面：按粒子总质量或单位时间内的粒子数量描述粒子流动状态。

尺寸剖面：可定义均匀尺寸，或在尺寸范围内随机变化，尺寸分布可遵循线性分布、对数分布（包括罗辛 - 拉姆勒分布）。

粒子速度：可设置为绝对速度，或相对于喷射位置流体流动的相对速度。

粒子温度：用于传热仿真的粒子温度参数。

粒子群尺寸：粒子群是具有相同物理属性的粒子集合。采用较大的粒子群尺寸时，仿真会将更多粒子归为一组计算，以提升仿真运行效率。

精准构建粒子仿真模型

精确建模粒子研究

3DEXPERIENCE 平台的粒子仿真功能，能够赋能需要开展常规流体流动与热计算的流体工程师。通过将先进仿真技术与协同化平台相结合，该功能可加速产品创新进程，并保障设计方案的高品质。

想了解更多关于使用粒子模拟的信息，请在此联系我们智诚科技ICT 电话：400-886-6353。