FLUENT培训教材物理模型完美版资料

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,A Pera Global Company PERA China,A Pera Global Company PERA China,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,ANSYS FLUENT,培训教材,第八节：物理模型,安世亚太科技（北京）有限公司,概要,多相流模型,Discrete phase model,Eulerian model,Mixture model,Volume-of-fluid model,化学反应模型,Eddy dissipation model,Non-premixed,premixed and partially premixed combustion models,Detailed chemistry models,Pollutant formation,Surface reactions,动网格,Single and multiple reference frames,Mixing planes,Sliding meshes,Dynamic meshes,Six-degree-of-freedom solver,多相流模型,简介,相具有可定义的边界，对周围流场有特定的动力响应,相一般分为固体、液体和气体，但也指其他形式：有不同化学属性的材料，但属于同一种物理相（如液,-,液）,多相流体系统分为一种主流体相和多种次流体相,其中一种流体是连续的（主流体）,其他相是离散的，存在于连续相中,可以有多种次流体相，代表不同尺寸的颗粒,Primary Phase,Secondary phase(s),多相流体系,气泡流,连续液体中存在离散的气泡，如气体吸收器，蒸发设备，鼓泡设备,液滴流,连续气体中的离散液滴，如喷雾器、燃烧器,柱塞流,连续液体中的大尺度气泡,分层,/,自由表面流,不相溶的流体被清晰的界面分开，如自由表面流,颗粒流,连续气体中的离散固体颗粒，如旋风分离器，空气净化器，吸尘器,流化床,流化床反应器,泥浆流,液体中的固体颗粒，固体悬浮、沉积、液力输运,气,/,液,液,/,液,气,/,固,液,/,固,Pneumatic Transport,Hydrotransport,or Slurry Flow,Fluidized Bed,Sedimentation,Stratified/Free-,Surface Flow,Slug Flow,Bubbly,Droplet,or,Particle-Laden Flow,FLUENT,中的多相流模型,FLUENT,包括四种不同的多相流模型,:,Discrete Phase Model(DPM),Volume of Fluid Model(VOF),Eulerian Model,Mixture Model,选择合适的模型非常重要,取决于流体是分层的还是离散的,-,两相间的长度尺度界定这个区别,Stokes,数,(,颗粒松弛时间和流体特征时间的比例）也应该考虑进来,where and .,DPM,例子,-,喷雾干燥,喷雾干燥包括液体以雾状方式喷入加热的容器中，用,DPM,模拟流动、传热、传质过程,Contours of Evaporated Water,Stochastic Particle Trajectories for Different Initial Diameters,Initial particle,Diameter:2 mm,0.2 mm,1.1 mm,欧拉模型的例子,三维气泡床,Liquid Velocity Vectors,Isosurface of Gas,Volume Fraction=0.175,z=,5 cm,z=,10 cm,z=,15 cm,z=20 cm,欧拉模型中的粒状选项,当存在高浓度的固体颗粒时，会导致颗粒间高频率的碰撞，此时应选,Granular,假设颗粒的行为类似一团密集分子的碰撞行为，对颗粒相使用分子云理论,应用这个理论后，连续相和颗粒相的动量方程都增加了附加应力,这些应力,(,颗粒“粘性,”,“,压力”等,.),由颗粒速度脉动强度确定,伴随颗粒速度脉动的动能由拟热“,pseudo-thermal”,或颗粒温度代表,不考虑颗粒的弹性变形,Contours of Solids Volume,Fraction for High VelocityGas/Sand Production,Gas/Sand,Gas,Gravity,混合模型案例,气体鼓泡,用混合模型模拟氮气喷入混合器中的流动，用,MRF,方法模拟旋转叶片的效应,FLUENT,很好的模拟了气体的停顿和搅动过程。,Animation of Gas Volume Fraction Contours,Water Velocity Vectors on a Central Plane at t=15 sec.,VOF,案例,汽车油箱晃动,模拟不同加速条件下，液体在汽车油箱中的自由液面晃动,模拟显示油箱底部的挡板可以保持入油口浸没在油中，如果没有挡板时，入油口在某些时间会露出油面,Fuel Tank Without Baffles,t,=1.05 sec,t,=2.05 sec,Fuel Tank With Baffles,化学反应流,Temperature in a Gas Furnace,CO,2,Mass Fraction,Stream Function,化学反应流的应用,FLUENT,包含了从计算均相反应到非均相反应的多个反应模型,炉子,锅炉,热处理炉,燃气轮机,火箭发动机,内燃机,CVD,催化反应,反应流一般预测,流动和混合,温度,组分浓度,颗粒和污染,背景知识,模拟燃烧中的化学反应,快速化学反应,全局化学反应机理（有限速率,/,涡耗散）,平衡,/,小火焰模型（混合分数）,有限速率反应,流动结构,非预混反应系统,可简化为混合系统,预混反应系统,冷态反应物传播到热的生成物中,.,Partially premixed systems,Reacting system with both non-premixed,and premixed inlet streams.,Fuel,Oxidizer,Reactor,Outlet,Fuel,+,Oxidizer,Reactor,Outlet,Fuel,+,Oxidizer,Reactor,Secondary,Fuel or Oxidizer,Outlet,化学反应,流动结构,Premixed,Non-Premixed,Partially Premixed,Fast Chemistry,Eddy Dissipation Model,(Species Transport),Premixed Combustion Model,Non-Premixed Equilibrium Model,Partially Premixed Model,Reaction Progress Variable*,Mixture Fraction,Reaction Progress Variable,+,Mixture Fraction,Finite-Rate Chemistry,Laminar Flamelet Model,Laminar Finite-Rate Model,Eddy-Dissipation Concept(EDC)Model,Composition PDF Transport Model,FLUENT,中反应流模型,污染物模型,NOx,形成模型（预测定性的,NOx,形成趋势）,FLUENT,包括三种,NOx,产生机理,Thermal NOx,Prompt NOx,Fuel NOx,NOx,还原模型,选择性非催化还原模型,(SNCR)l,喷入氨水或尿素,烟灰形成模型,Moos-Brookes,模型,一步模型，两步模型,烟灰对辐射吸收的影响,SOx,形成模型,求解,SO2,H2S,或者,SO3,方程,一般,SOx,预测都作为后处理过程来进行,DPM,模型,描述,颗粒,/,液滴,/,气泡的轨迹在拉格朗日坐标系求解,颗粒和连续相可以进行热、质量、动量的交换,每一条轨迹代表一组有相同初始属性颗粒的行为,单个颗粒的互相影响被忽略,离散相体积分数必须小于,10,多个子模型,离散相的加热,/,冷却,液滴的蒸发和沸腾,可燃固体的挥发分析出和焦炭燃烧,喷雾模型模拟液滴破碎和聚合,磨损,/,增长,应用范围,颗粒分离、分级、喷雾干燥、浮质沉积、气泡喷射、液体燃料和煤粉燃烧,.,表面反应,对于化学组分沉积到表面的反应，将沉积的组分处理为和气相组分不同的另外一种组分,对每个吸收表面组分求解地点平衡方程,可以考虑详细表面反应机理（任意的多步反应，任意数量的气相组分,/,沉积组分）,CHEMKIN,中的表面反应机理可以读入,FLUENT,.,表面反应可以在壁面或多孔介质中发生,可以在不同的表面定义不同的表面反应机理,应用案例,催化反应,CVD,（化学沉积）,总结,对反应流动，有四个基础的教程,组分传输和气相燃烧,非预混燃烧,表面化学反应,液滴挥发,动网格,动网格简介,许多问题需要考虑平移或旋转的部件,对移动域，有两种基本的模型方法,:,运动的参考坐标系,参考坐标系和运动域联系在一起,修正控制方程来考虑运动坐标系,运动,/,变形域,域的位置和形状在静止坐标系下跟踪,求解本质上是瞬态的,运动域的,CFD,模型方法,单参考坐标系,(SRF),多参考坐标系,(MRF),混合平面法,(MPM),滑移网格,(SMM),运动坐标系,运动域,运动,/,变形网格,(MDM),单参考坐标系模型,(SRF),SRF,把单一的运动域和一个坐标系连接起来,所有的流体域在运动坐标系下定义,旋转坐标系引入了附件加速度,为什么要使用运动坐标系,?,在静止坐标系下流场是瞬态的，使用旋转坐标系后流场可以看做稳态的,优势,用稳态方法求解,*,边界条件更简单,调试更快捷,更容易的后处理的分析,Centrifugal,Compressor,(single blade passage),*注意,:,在旋转坐标系下有时依然有瞬态现象，如湍流、周期非平衡、分离、涡脱落等,多参考坐标系模型,(MRF),包括有静止域和运动域的多域问题，此时，单参考坐标系不适合,这类系统可以这样处理：把域分割为多个域：一些域旋转，一些域静止,域之间通过交界面传递数据,对交界面的处理方式分为以下几种：,多参考坐标系模型,(MRF),混合平面模型,(MPM),滑移网格模型,(SMM),interface,Multiple Component,(blower wheel+casing),稳态（近似）,瞬态（精确）,混合平面模型,(MPM),MPM,方法是对多级轴流和离心旋转机械的稳态解法,也适用于其他一般问题,域有多个单通道、旋转或静止流体域组成,每个域有自己的进口、出口、壁面和周期边界（每个域是一个,SRF,模型）,对每个域求解稳态的,SRF,，通过边界条件链接各个域,链接域的边界称为混合平面,通过混合平面的变量是周向平均值，随每步迭代更新,分布可以是径向或轴向,求解收敛后，混合平面将调整为一般流动条件,Mixing plane,(Pressure outlet linked with,a mass flow inlet),MPM,的优势,:,只需要一个流道，和叶片数量无关,滑移网格模型,(SMM),旋转机械中，静止部件和旋转部件的相对运动导致瞬态相互作用，一般分为以下几种：,位差相互作用,(,压力波相互作用,),尾迹相互作用,激波相互作用,MRF,和,MPM,模型都忽略了瞬态相互作用，仅限于瞬态效应小的流动,如果瞬态效应不能忽略，可以使用,SMM,方法考虑静止部件和旋转部件的相对运动,wake interaction,Shock,interaction,potential interacti