null催化转换器(Catalytic Converter)催化转换器(Catalytic Converter)实例 4介绍(Introduction)介绍(Introduction)
本实例演示在CFX-Pre中如何使用多网格和多域以及如何用static fluid-fluid domain interfaces把他们粘贴在一起
它也将展示如何模拟流体域中被定义为流体子域的催化层
本实例将展示如何在子域中施加定向损失模型的阻力源项(动量损失)
基本数据(Basic Data)基本数据(Basic Data)转换器尺寸:
- 入口管:直径=0.4 [m]
- 中部腔体横截面积: 1 [m] x1 [m]
- 催化层厚度=0.1 [m]
- 总长:入口-出口=3.4 [m]
由于垂直对称,只考虑一半几何体
工作流体为air (ideal gas)
流动条件:
- 入口:质量流量 = 0.38 [kg/s]
温度 = 580 [K]
- 出口:静压 = 0 [Pa]
导入网格(Import Grid)导入网格(Import Grid)创建新的模拟,命名为:catflow.cfx
导入CFX 网格 (gtm)文件: catmain.gtm
导入CFX 网格 (gtm) 文件: catpipe.gtm
旋转网格集合
(Rotate Mesh Assembly)旋转网格集合
(Rotate Mesh Assembly)单击Transform Mesh Assembly图标 ,旋转Assembly4
创建联合区域
(Create Union Region)创建联合区域
(Create Union Region)在CFX-Pre工作区单击 Regions标签
单击Create New Object图标
命名Converter
定义Combination为Union,
设置维数3D
在Region List, 输入:
Assembly, Assembly2, Assembly3, Assembly4和Assembly5
创建另一个联合区域命名为 symmetall
设置维数 2D
在Region List,输入:
pipesym, pipesym 2, symcent1,
symcent2, symlayer定义域(Define Domain)定义域(Define Domain)定义域,命名为Converter,Location(定位)=Converter,设置Fluid List=Air Ideal Gas,Reference Pressure(参考压力)=1 [atm] ,不考虑浮力(Non Buoyant)。
选择换热模型为Isothermal,Fluid Temperature(流体温度)=580 [K]定义子域(Define Sub-domain)定义子域(Define Sub-domain)通过催化层的压力降可以视为通过有限厚δ的多孔介质层的压力降,此压力降以二次方形式给定,因此相应的系数
达为 KQ=(ΔP/Δx)/V2 其中 V是流体速度。
技术书籍和手册给出了基于表达式KB=(ΔP)/(ρV2/2)的coefficient KB的信息,其中 ρ和V分别代表流体密度和速度
因此输入到CFX的系数KQ如此计算:KB*ρ/2δ
对于所给的实例,KB值估计为40,流体密度为0.61 [kg/m3], 催化层厚度为0.1 [m],因此输入到子模型动量源项中的二次方系数值为122. [kg/m4]
定义子域(Define Sub-domain)定义子域(Define Sub-domain)从主工具条中单击Sub-domain图标
在域Converter中设置命名为 catlayer
在Basic Settings中,设置Location为B74
单击Sources标签并打开Sources, Momentum Source/Porous Loss Model和Directional Loss Model
在Streamwise Direction下, 设置: Option=Cartesian Components,
X-component=0, Y-component=0,
Z-component=1
对于 Streamwise Loss, 设置 Option=Linear and Quadratic Coeffs.
打开 Quadratic Coefficient 并设值为 122. [kg/m4]
单击OK 创建子域边界条件(Boundary Conditions)边界条件(Boundary Conditions)定义入口边界条件 name=inlet , location=pipend 2.
设置流体法向速度=10. [m/s], 保持默认湍流值
定义出口边界条件name=outlet,location=pipend.
设置平均静压=0 [Pa]
定义对称边界条件name=symmet,location=symmetall
剩下的表面被自动归为一组,默认无滑移壁面边界条件交界面(Interfaces)交界面(Interfaces)有四个fluid-fluid交界面
第一个交界面名字:LayerUps
面1:Domain (Filter)=All Domains Region List, 选择区域: F49.48
面2:Domain (Filter)=All Domains
Region list, 选择区域: F79.74
注意如果区域名在原始网格程序中没有被定义,则可以选择原始的CAD区域
连接方法: GGI
交界面模型: Frame Change Option=None
Pitch Change: Option=Automatic
交界面(Interfaces)交界面(Interfaces)其他三个交界面按同样的方法设置:
交界面名称: LayerDns
面1, Region List: F25.26
面2, Region List: F77.74
交界面名称: PipeUps
面1, Region List: F47.48
面2, Region List: F29.22 2
交界面名称: PipeDns
面1, Region List: F20.26
面2, Region List: F29.22
初始化(Initialisation)初始化(Initialisation)进行全局初始化
在笛卡尔速度分量下使用 Option=Automatic with Value, 设置: U=0, V=0, W=1 [m/s]
对于Static Pressure保持option设置为Automatic turbulence设置为K-Epsilon
在面板底部选中Turbulence Eddy Dissipation 复选框 求解器控制(Solver Control)求解器控制(Solver Control)对于流体域,选择如下求解器参数:
Advection Scheme(对流项):
- Option=High Resolution
Convergence Control(收敛控制):
- Timescale Control=Physical Timescale
(时间步=物理时间步)
- Physical time scale(物理时间步)=1 [s]
- Max. Num. Of Iteration(最大迭代数)=50
Convergence Criteria(收敛准则):
- Residual Type(残差类型)=RMS
- Residual Target(残差目标)=1.E-04
写出求解器文件(Write Solver File)写出求解器文件(Write Solver File)单击Write Solver (.def) file图标
保持Operation设置为Start Solver Manager
打开Report Summary of Interface Connections
单击OK
在信息窗口单击OK
选择File>Quit
单击Yes保存CFX文件
求解器管理器图形界面
(Solver Manager GUI)求解器管理器图形界面
(Solver Manager GUI)后处理结果
(Post-Processing the Results)后处理结果
(Post-Processing the Results)观察计算结果:
在对称平面上创建速度分布矢量图(区域symmet)
在对称平面上创建静压分布等值线图
沿流动路径在各种XY平面(Z=常数)上创建类似的图形.
计算通过催化层的压力降:
在Z=-0.56 [m]处选择XY平面 (恰好在催化层上游),计算在这个平面上的平均静压
在Z=-0.44 [m]处选择XY平面 (恰好在催化层下游),计算在这个平面上的平均静压
把此信息与从入口到出口通过整个系统的全部压力降结合起来