fluent沉降及污染物扩散模拟.ppt

,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,*,.,*,基于,Fluent,的,污染物扩散数值模拟,.,目录,1,、,数值模拟软件在地下水污染中的应用,2,、,CFD/Fluent,软件简介,3,、模型的建立及网格划分,4,、,Fluent,模拟参数设置,5,、,Fluent,模拟结果后处理,.,随着计算机技术的发展及其广泛应用，地下水数值模拟技术也得到了长足的发展，国内外已经建立了多种地下水数值模拟模型和管理模型，例如,Modflow,、,MT3D,、,Visual Modflow,、,Visual Groundwater,、,FEFLOW,、,PHREEQC,等。,软件应用,.,软件简介,CFD,分析一般应用在以下阶段,:,概念设计,产品的详细设计,发现问题,改进设计,CFD,分析是物理试验的补充，但更节省费用和人力。,CFD,商业软件,Fluent,，是通用,CFD,软件包，用来模拟从不可压缩到高度可压缩范围内的复杂流动，包含了广泛的物理模型，能模拟工业中的流动、传热和反应。,.,软件简介,CFD,软件的工业应用涵盖了从飞机机翼的空气外流到锅炉的燃烧，从塔内气泡流到钻井平台，从血液流动到半导体制造，以及从洁净室设计到污水处理厂。,.,软件简介,一些特殊的模型如内燃机燃烧、气动噪声、旋转机械和多相流系统也进一步扩大了软件的应用范围。,.,软件简介,CFD,是计算流体动力学（,Computational fluid dynamics,）的缩写，是预测流体流动、传热传质、化学反应及其他相关物理现象的一门学科。,CFD,一般要通过数值方法求解以下的控制方程组,质量守恒方程,动量守恒方程,能量守恒方程,组分守恒方程,体积力,等等,.,方程介绍,在模拟污染物扩散时通常需用到物质输送模型，当涉及反应时还需用到有限速率化学反应模型。,物质输送和有限速率化学反应：,FLUENT,可以通过求解描述每种组成物质的对流、扩散和反应源的守恒方程来模拟混合和输运，可以模拟多种同时发生的化学反应，反应可以是发生在大量相（容积反应）中，和,/,或是壁面、微粒的表面。包括反应或不包括反应的物质输运模拟能力，以及当使用这一模型时的输入。,.,方程介绍,在,FLUENT,中根据以下三种模型中的一个计算：,层流有限速率模型：忽略湍流脉动的影响，反应速率根据,Arrhenius,公式确定。,涡耗散模型：认为反应速率由湍流控制，因此避开了代价高昂的,Arrhenius,化学动力学计算。,涡耗散概念（,EDC,）模型：细致的,Arrhenius,化学动力学在湍流火焰中合并。注意详尽的化学动力学计算代价高昂。,.,案例,基于,Fluent,的污染物扩散模拟在科研及实际中有较多的应用：如,基于,Fluent,的地下水三维模拟计算（吉林大学）,尾矿库重金属的污染机理及其数值模拟研究（中南大学）,以上两个研究课题都涉及到了有限速率化学反应,.,案例,1,模拟过程包括：利用,Gambit,软件建立地下水的三维模型，导入,Fluent,中设置材料性质、边界条件和求解参数，完成该模型的模拟，绘制不同截面的,AsO,4,3-,、,HAsO,4,2-,和,H,2,AsO,4,-,浓度等值线。模拟过程中涉及到的主要化学反应为,:,Na,3,AsO,4,+H,2,O,Na,2,HAsO,4,+NaOH,Na,2,HAsO,4,+H,2,O,Na,2,H,2,AsO,4,+NaOH,.,案例,1,利用,Gambit,软件，建立地下水的三维模型。几何模型的尺寸为,500m,30m4m,（长宽高）。由于内部结构简单，选择结构化网格方法，选用六面体网格，网格大小为,1m,。网格划分如图所示。,定义边界条件：一个速度入口，一个自由出口，四周默认为固壁。对四周边界处理采用刚盖假定。,.,案例,1,.,案例,1,.,案例,1,要确定一个有唯一解的物理问题，必须指定边界上的流场变量,指定进入流体域的质量流量、动量、能量等,定义边界条件包括,:,确定边界位置,提供边界上的信息,边界条件类型和所采用的物理模型决定了边界上需要的数据,你需要注意边界上的流体变量应该是已知的或可以合理预估的,不好的边界条件对计算结果影响很大,.,案例,1,定义边界条件：入口为速度入口，出口为自由流出口，四周默认为固壁。对四周边界处理采用刚盖假定。,.,案例,1,二维单精度,三维单精度,三维双精度,运行,Fluent,出现选择,Fluentversion,选择界面,.,案例,1,读入网格文件：,File,Read,Case,.,案例,1,指定计算区域的实际尺寸,:,Grid,Scale,.,案例,1,选择模型,:,Define,Models,.,案例,1,求解器的设定：,本算例采用压力基，隐式算法。算例设置为稳态，其余参数都保持默认值。,定义求解器：,Define,Models,Solver,.,案例,1,勾选能量方程：,Define,Models,Energy,.,案例,1,选择湍流方程：,Define,Models,Viscous,本模拟中选择标准湍流模型,k-epsilon,.,案例,1,选择,Species Transport,，且选择,Reactions,下拉列表中的,Volumetric,项。,单击,mixture Material,下拉列表中所需的项，并点击,View,查看所选择的物质。,选择物质输送模型：,Define,Models,Species,Transport&Reaction,.,案例,1,定义材料：,Define,Materials,.,案例,1,.,案例,1,定义反应方程：,在,Materials,栏下拉列表中单击,Reaction,选项的,Edition,根据实际反应填写各反应参数。,.,案例,1,操作条件：,Define,Operating Conditions,勾选,Gravity,项，在,Y,方向填入重力加速度,-9.8,。,.,案例,1,边界条件设置：,Define,Boundary Condition,.,案例,1,求解器控制：,Solve,Controls,Solution,.,案例,1,速度入口边界需要输入下列信息：速度大小与方向、温度、湍流参数、化学组分质量百分数。,.,案例,1,监视器设置：,Solve,Monitors,勾选,Options,下拉列表中的,Plot,项，其余设置保持默认。,.,案例,1,初始化设置：,Solve,Initialize,Initialize,在,Compute From,下拉列表中选择速度入口，单击,Init,进行初始化。,.,案例,1,求解：,Solve,Iterate,.,案例,1,残差图：,.,案例,1,云图显示：,Display,Contours,勾选,Options,下拉列表中,Filled,选项。在,Contours of,下拉列表中所需选项，单击,Display,显示所需云图。,.,案例,1,速度云图：,.,案例,1,Na,3,AsO,4,摩尔分数云图（反应物）,.,案例,1,Na,2,HAsO,4,摩尔分数云图（生成物）,.,案例,1,创建监测线,：,Surface,Line/Rake,.,案例,1,数据处理：,.,案例,1,Na,2,HAsO,4,质量分数变化曲线（生成物）,.,案例,1,Na,3,AsO,4,质量分数变化曲线图（反应物）,.,案例,2,利用,Gambit,软件，建立一大气污染扩散的二维模型。几何模型的尺寸为,20m,20m,。由于内部结构简单，选择结构化网格方法，选用四边形网格，网格大小为,1m,。网格划分如图所示。,定义边界条件：一个大气环境风速入口，一个污染物排放速度入口，一个自由出口，其余面默认为固壁。,.,案例,2,.,案例,2,.,案例,2,.,案例,2,.,案例,2,该案例不涉及反应，故不勾选,Reactions,下拉列表中,Volumetric,。在,Material,设定中也不再考虑反应。,.,案例,2,.,