fluent模拟气体浓度分布案例

中 国 科 学 技 术 大 学

UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY OF CHINA

计算流体与传热传质课程论文

单液滴与热固体表面碰撞动力学现象数值模拟

作者姓名： 蓝 美 娟 学 号： SA11232006 导师姓名： 刘 明 侯 院 系： 火灾科学国家重点实验室

中国·合肥 二○一一年十二月

单液滴与热固体表面碰撞动力学现象数值模拟

(中国科学技术大学 火灾科学国家重点实验室 蓝美娟 安徽合肥 230027)

摘要：文章采用VOF模型结合欧拉-拉格朗日控制方程进行建模，并利用动画跟踪分析了单液滴撞击不同材料，不同温度热固体表面时发生的运动、铺展、回撤、形成液柱、反弹、破裂产生次生液滴等过程的动力学行为。通过与文献中液滴撞击石蜡表面动力学实验进行对比吻合较好，证实了模型模拟的可靠性。 关键词：单液滴 热固体 表面

Fluent数值模拟的主要步骤

使用Gambit划分网格的工作：

首先建立几何模型，再进行网格划分，最后定义边界条件。 Gambit中采用的单位是mm，Fluent默认的长度是m。 Fluent数值模拟的主要步骤：

（1） 根据具体问题选择2D或3D求解器进行数值模拟；

（2） 导入网格(File-Read-Case)，然后选择由Gambit导出的msh文件。

（3） 检查网格(Grid-Check)，如果网格最小体积为负值，就要重新进行网格划分。 （4） 选择计算模型(Define-Models-Solver)。（6） （5） 确定流体的物理性质(Define-Materials)。 （6） 定义操作环境(Define-Operating Conditions)。 （7） 指定边界条件(Define-Boundary Conditions )。

（8） 求解方法的设置及其控制（Solve-Control-Solution）。 （9） 流场初始化（Solve-Initialize）。

（10） 打开残插图（Solve-Monitors-Residual）可动态显示残差，然后保存当前的Case和

Data文件（File-Writer-Case&D

7.19多孔介质边界条件

多孔介质模型适用的范围非常广泛，包括填充床，过滤纸，多孔板，流量分配器，还有管群，管束系统。当使用这个模型的时候，多孔介质将运用于网格区域，流场中的压降将由输入的条件有关，见Section 7.19.2.同样也可以计算热传导，基于介质和流场热量守恒的假设，见Section 7.19.3.

通过一个薄膜后的已知速度/压力降低特性可以简化为一维多孔介质模型，简称为“多孔跳跃”。多孔跳跃模型被运用于一个面区域而不是网格区域，而且也可以代替完全多孔介质模型在任何可能的时候，因为它更加稳定而且能够很好地收敛。见Section 7.22.

7.19.1 多孔介质模型的限制和假设

多孔介质模型就是在定义为多孔介质的区域结合了一个根据经验假设为主的流动阻力。本质上，多孔介质模型仅仅是在动量方程上叠加了一个动量源项。这种情况下，以下模型方面的假设和限制就可以很容易得到：

因为没有表示多孔介质区域的实际存在的体，所以fluent默认是计算基于连续性方程的虚假速度。做为一个做精确的选项，你可以适用fluent中的真是速度，见section7.19.7。

? 多孔介质对湍流流场的影响，是近似的。

? 当在移动坐标系中使用多孔介质模型的

污染物浓度分布模型

水质模型是一个用于描述物质在水中混合、迁移等变化过程的数学方程，即描述水体中污染物与时间、空间的定量关系。水质模型按照水域类型、水质组分、水力学以及排放条件等不同因素划分具有不同的分类。当污染物排放入水体中后，会经历一个混合的过程，直至完全混合均匀，如图1所示。

图1 污染物排放入水体中混合示意图

在环境介质中处于稳定流动状态和污染源稳定排放的条件下，环境中的污染物分布状况也是稳定的。这时，污染物在某一空间位置的浓度不随时间变化，这种不随时间变化的状态称为稳态。基于水质运移、扩散、物质降解等基础理论，产生了众多稳态环境下的水质模型。下面将介绍四种主要的水质模型以及各自的适用范围：

1.完全混合模型

完全混合模型适合无支流和其他排污口进入的河流，下游某点废水和和河水中的持久性污染物在整个断面上达到了均匀混合。在最早出现的水质完全混合断面有：

C?ChQh?CPQP

QE?QP式中：Qh-河水流量，m3/s； Ch-河水背景段的污染物浓度，mg/L CP-废水中污染物的浓度，mg/L

QP-废水的流量，m3/s C-完全混合的水质浓度，mg/L

2.零维模型

零维是一种理想状态，把所研究的水体如一条

一、模型

1、能量方程：开启能量方程

2、湍流模型：选用Realizable k-ε湍流模型和标准壁面函数Standard Wall Fn

3、辐射模型，采用离散坐标辐射（DO）模型模拟炉内辐射传热，并设置每进行两次迭代计算后更新一次辐射场，以加快计算收敛速度

4、组分输运+涡耗散化学反应模型（ED），对于碳氢化合物燃烧系统，燃烧反应可能包含有上百个中间反应，其计算工作量大，不便于工程应用。为满足工程问题的需要，目前常采用两步反应系统和四步反应系统。本文中研究的是甲烷燃烧，选用EDM模拟由燃烧引起的传热传质，考虑两步反应，即：

2CH4+3O2=2CO+4H2O

2CO+O2=2CO2

按不可压缩理想气体性质确定气体密度，不考虑分子扩散和气体内部的导热影响，选用分段线性比定压热容。

二、混合物及其构成组分属性 在化学反应模拟过程中，需要定义混合物的属性，也需要对其构成成分的属性进行定义。重要的是在构成成分的属性设置前对混合物的属性进行定义，因为组分特性的输入可能取决于用户所使用的混合物数学定义方式。对于属性输入，一般的顺序是先定义混合物组分、化学反应，并定义混合物的物理属性，然后定义混合物中组分的物理属性。 1、定义混合物中的组分

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仪表技术与传感器

20年 01

C 2体浓度光纤传感器研究 O气王洪冯金垣彭玉成504 16 0华南理I大学应用物理系广州市

【要】中研究 j基于光纤扰模的气体浓度传感器的传感机理。研制了 C 2气体光纤传感摘文 O器；并进行 7 0气体传感实验研究， 结果表明该传感方法是可行的。该气体传感器结构简单，在 I业及科研等方面有广泛的实用价值。 关键词：光纤扰模 C 2 O气体光纤传感器

S u y n n Fi e tc S ns r f rDe e tn t d i g o b r Op i e o o t c i g CO2Ga nst sDe iyW a gHe g F n iy a, e gYu h n n n, e gJn u n P n c egD p . f pi h s s S u h Ch n i eMt f c n l￣ e t o Ap l d P y i, o t i aUn v x y 0 h oo e c Te.

,

Gu n z o 5 0 4 a g h u. 6 0 1

Ab t a t Th p i b r n 0 c a i f rd t ci g O 2g sd n

组分传输与气体燃烧问题

问题描述：

燃烧器模型如图所示，燃料甲烷在底部平面中央通过喷嘴射入空间，喷口为圆形，直径为0.3m，质量流量为13.1g/s,温度为1000K；空气入口距底部0.1m处，入口大小为2m×0.12m，燃烧产物以稳定流量95.1g/s通过W方向平面方形口（边长为0.65m)排出（距底部3.6m处）。

本题涉及到：

一、利用GAMBIT建立燃烧器计算模型 （1） 在GAMBIT中画出燃烧器的图形； （2） 对各条边定义网格节点的分布； （3） 在面内创建网格； （4） 定义边界类型；

（5） 为FLUENT5/6输出网格文件。 二、利用FLUENT-3D求解器进行求解 （1） 读入网格文件； （2） 确定长度单位：MM； （3） 确定流体材料及其物理属性； （4） 确定边界类型；

（5） 计算初始化并设置监视器； （6） 使用非耦合、隐式求解器求解；

（7） 利用图形显示方法观察流场、压力场与温度场。

一、利用GAMBIT建立燃烧器计算模型

第一步：启动GAMBIT并选定求解器FLUENT 5/6 第二步：创建燃烧器主体

操作：GEOMETRY→VOLUME→CREATE VOLUME

弹出＂Ｇreate Real Brick"设置对话

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仪表技术与传感器

20年 01

C 2体浓度光纤传感器研究 O气王洪冯金垣彭玉成504 16 0华南理I大学应用物理系广州市

【要】中研究 j基于光纤扰模的气体浓度传感器的传感机理。研制了 C 2气体光纤传感摘文 O器；并进行 7 0气体传感实验研究， 结果表明该传感方法是可行的。该气体传感器结构简单，在 I业及科研等方面有广泛的实用价值。 关键词：光纤扰模 C 2 O气体光纤传感器

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Gu n z o 5 0 4 a g h u. 6 0 1

Ab t a t Th p i b r n 0 c a i f rd t ci g O 2g sd n

1 引言

1.1 项目的研究背景

随着人民生活水平的提高和对环境问题及健康问题的日益重视，室内空气品质状况受到越来越多的关注。由于现代生活节奏的加快，人们在起居室、办公室等室内环境的滞留时间越来越长。如果把工作、居住和休闲的时间都加在一起，在西方工业发达国家人们在室内停留的时间己达全天的93%左右，而我国也超过了全天的85%室内空气品质状况直接影响人们的身体健康。恶劣的室内空气是不良建筑物综合症的主要原因。美国环境保护局(EPA)与世界卫生组织(WHO)进行的联合调查表明，有大约20%的美国建筑存在严重的室内空气污染，40%有一定程度的室内空气污染，另40%存在轻微或没有室内空气污染[1]。根据美国环境健康总署的调查，室内主内空气污染常常是室外空气污染浓度的2-3倍，在冬季缺乏通风，使用燃料取暖炉等情况下甚至高达100倍。一般家庭室内可检测到的污染物多达300种，而有68%的人体疾病与室内空气污染有关。美国职业安全及健康局的报告认为，在美国，企业因室内空气恶劣而造成的工时损失平均约每人每日14-15分钟[2]。 1.1.1 气体危害现状

仅以人类自身来说，其日常生活和生产活动都与周围的大气环境密切相关，大气的变化对人类有极大的影响。空气

磷化氢气体浓度检测传感器模组

磷化氢气体浓度检测传感器模组特点：

★是款内置微型气体泵的安全便携装置★整机体积小,重量轻,防水,防爆,防震设计.★高精度,高分辨率,响应迅速快.

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★外壳采用特殊材质及工艺，不易磨损，易清洁，长时间使用光亮如新.

磷化氢气体浓度检测传感器模组产品特性：

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★全软件自动校准,传感器多达6级目标点校准