fluent-gambit使用輔導

2017-03-02 by:CAE仿真在線來源:互聯網

GAMBIT使用要點

一、圖形用戶界面

包括:主菜單,圖形窗口,抄本窗口,命令文本框,描述窗口,操作工具面板,副面板,圖形/窗口控制面板。工具面板上按鈕左下方帶?符號的說明有可選列表(用右鍵打開)。

二、圖形窗口內的鼠標操作方式

(1)Display:左鍵-旋轉,中鍵-移動,右鍵上下-縮放,右鍵左右-旋轉,Ctrl+左鍵-放大,

雙擊中鍵-顯示前一狀態

(2)Task: Shift+左鍵-選擇實體(可以拉方框包括要選對象),Shift+中鍵-轉換選擇相鄰實體,

Shift+右鍵-接受實體選擇并轉到下一選項或執行Apply。

(3)Vertex Creation

GAMBIT輔導1.基本幾何圖形的生成及網格劃分(Top-Down法)

1. 進入Gambit: 運行gambit -id example.jou

2. Geometry→Volume→Create Real Brick (10,6,6,Centered) →Apply (學會用undo)

3. Geometry→Volume→Create Real Cylinder (10,3,6,Positive Z) →Apply

4. Geomertry→Volume→Boolean operation→Unite Real Volumes

5. Mesh→Volume→Mesh Volume (Hex,Cooper,Interval size=1) →Apply

6. Graphies/Windows Control Toolpad→Examin Mesh(Range,EquiAngle Skew)

7. File→Exit

GAMBIT輔導2.二維混合彎管(Bottom-Up法)

1. 選擇Solver→Fluent4

2. Tools→Coordinate System→Display Grid(Visibility,XY,X,-32,32,16)→Update list→(Y,-32,32,16) →Update list→Snap→Apply

3. 用Ctrl+右鍵生成九個點(A→H)

4. 取消Display Grid 面板中的Visibility選項→Apply

5. Geometry→Edge→Create EDGE→Create Real Circular Arc(中心E,邊 FD)→Apply

Geometry→Edge→Create EDGE→Create Real Circular Arc(中心E,邊GB)→Apply

6. Geometry→Edge→Create Edge→Create Straight Edge(B→A,A→C,C→D,F→G,G→I,I→H,H→F)

7. Geometry→Edge→Split/Edge (GB,Type=Cylinder,local t=-39.93) →Apply (生成J點)

Geometry→Edge→Split Edge(JB,Type=Cylinder,local t=-50.07) →Apply (生成K點)

Geometry→Vertex→More/Copy vertices (K點,Copy,Translate,x=0,y=-12.0,z=1)→Apply (生成L點)

Geometry→Vertex→More/Copy Vertices (L點,Copy,Translate,x=4,y=0,z=0) →Apply (生成M點)

8. Geometry→Edge→Create Edge→Create Straight Edge(K→L, L→M,M→J)

9. Geomety→Face→Create Face→Create Face From Edge(KJ,JG,GI,IH,HF,FD,DC,CA,AB,BK)→Apply

Geomety→Face→Create Face→Create Face From Edge (KJ,JM,ML,Lk)→Apply

10.Mesh→Edge→Mesh Edge (AC,HI,Ratio=1.25,Double Sided, Interval Count=10) →Apply

Mesh→Edge→Mesh Edge (AB,CD,GI,FH, Interval Count=15)→Apply

Mesh→Edge→Mesh Edge (BK,JG,Interval Count=12,,Ratio=0.9)→Apply

Mesh→Edge→Mesh Edge(KJ,Ratio0.85,Double Sided,不選Spacing Apply,不選Option-Mesh項)-Apply

11.Mesh→Face→Mesh Faces(大面,Quad,Map,Inteval size=1)→Apply

Mesh→Face→Mesh Faces(小面,Quad,Map,Inteval size=1)→Apply

12.Zones→Specify Boundy Type (inflow1,INFLOW,Entity=Edges,AC邊,INFLOW,LM邊,outflow,

OUTFLOW,HI邊) →Apply 注:Zones→Specify Continuum Types默認為流體,其余面默認為墻。

13.File→Export→Mesh(Elbow.GRD) →Apply

14.File→Exit

GAMBIT輔導3.三管道相交

1. Solver→PolyFlow

2. Geometry→Volume→CreateVolume→Create Real Cylingder(10,3,3,positive Z) →Apply

Geometry→Volume→CreateVolume→Create Real Cylingder(10,3,3,positive Y) →Apply

Geometry→Volume→CreateVolume→Create Real Cylingder(10,3,3,positive X) →Apply

Geometry→Volume→Create Volume→Create Real Sphere (3) →Apply

Geomety→Volume→Boolean operation→Unite Real Volumes(將四個體合為一個體)

3. Geometry→Volume→Create Volume→Create Real Brick (5,5,5,-X,-Y,-Z) →Apply

Geometry→Volume→Splot Volume(用正方體分割大體)→Apply

Geometry→Edge→Create Edge→Create Strangle Edge (將三圓柱交點與原點連線) →Apply

Geometry→Face→Create Face→Create Face from wireframe(以剛生成的線為一邊生成三個面)

Geometry→Volume→Split Volume (用剛生成的三個面中的一個分割體)

4. Mesh→Boundary Layer→Create Boundary Layer (0.1,1.4,4,0.71在六條圓弧上生成邊界層)

5. Mesh→Volume→Mesh Volume→(八分之一球體,Hex,Tet Primitive,Interval size =1) →Apply

6. 為三個管道做網格

1)Mesh→Face→Set Face Vertex Type(Type=Side 選柱面上的’E’點) →Apply

Mesh→Volume→Mesh Volume (柱體,Hex,Cooper,Size=1) →Apply

2)Mesh→Face→Mesh Faces(柱面,Quad,Submap,Size=1) →Apply

Mesh→Volume→Mesh Volume (柱體,Hex,Cooper,Size=1) →Apply

3)Mesh→Volume→Mesh Volume(柱體,Hex,Cooper選擇除柱面以外的四個面為源面,Size=1)--Apply

7. Zones→SpecifyBoundary Types (inflow Entity=Faces,三個柱端面中兩個為入流邊界,一個為出流邊界,其余為墻面)

FLUENT輔導1.翼形的跨音速繞流

M￥=0.8

運行Fluent –2d

1. 網格

(1) File®Read®Case (airfoil.msh)

(2) Grid®check(注意:最小體積要大于0)

(3) Display®Grid(右鍵縮小、放大)

2. 模型

(1) Define®Models®Solver (Coupled,Implicit,2D,Steady,Absolute)

注:高速空氣動力學問題宜采用Coupled算法,Implicit比explicit收斂快但占內存多。

(2) Define®Models®Energy (注:打開能量方程使熱交換有效)

(3) 打開Spalart-Allmars紊流模型

Define®Models®Viscous (Spalart-Allmaras)

注:S-A模型求解紊流粘性傳遞方程,專門用于與壓力梯度有關壁面邊界層流動的航空問題。

3. 材料

Define®Materials(ideal-gas,sutherland)®change/create®close

注:粘性Sutherland定律適合于高速可壓縮流體。r,v與T有關,但在本情況下,溫度變化不大,比熱和熱導率可設為常數。

4. 操作條件

Define®Operating Conditions (operating-pressure=0)

注:馬赫數大于0.1,操作壓力宜為0,詳見《用戶指南》。

5. 邊界條件

Define--®Boundary Conditions (Gauge Pressure=101325,Mach number=0.8,Temp=300k,

X-Conpeunt=0.997564,Y-Conpeunt=0.069756) (注:攻角為4o)

6. 求解

(1)設置控制參數

Solve®Controls®Solution(Turbulent Viscosity=0.8,Courat Number=5,Second Order upwind)

注:湍流粘性比例系數和Courant數越大,收斂越快,但穩定性下降。二階格式比一階格式更精確。

(2)Solve®Monitors® Residual(選中plot)

注:打開殘差監測曲線,也可同時打開drag.lift,moment-coefficients曲線(文件名Apply保存監測數據)。

(3)初始化

Solve®Initialize®Initialize(computer from=pressure-far-field-1,Gauge Pressure=101325…)®init

(4)Solve®Iterate(100)

(5) 設置計算drag,lift,moment coefficients的參考值,用于無量綱化作用在翼上的力和力矩

Report®Reference Values (Compute from =pressure-for-field-1)

(6)顯示壓力等值線

Display®Contours(Filled,Draw Grid)

(7)生成點面

Surface®Point (X0=0.53,Y0=0.051) ®Create®close

(8)為點面創建表面顯示器

Solve®Monitors®Surfer(Surface Monitors=1,在monitor-1右邊選中plot和write)®Define(Report of=Wall flux®Skin.Fniction Coefficient,在Surface列表中選Point-4,plot window=4,FileName=monitor-1.out) ®ok®ok

(9)File®Write®Case(airfoil.cas)

(10)Solve®Iterate(200)

(11)提高紊流粘性方程的收斂標準

Solve®Monitors®Residual(nut.criterion=1e-7) ®ok

(12)Solve®Iterate(400)

注:察看表面磨擦系數記錄(History),阻力系數收斂記錄(Drag Covergence History),升力系數收斂記錄(lift convergence history),力矩系數收斂記錄(moment Convergence history)。

(13)File®Write®Data(airfoil.dat)

7. 后處理

(1)打印翼上y+曲線

plot®xyplot(只打開position on x axis,x=1,y=0,z=0,turbwlence®Wall®Yplus, 選中

Wall-bottom與Wall-top)®plot

注: ,tw為切應力, 要求墻附近y+應>30。本題除少數區域(激波附近和跡線處)

外y+>30,因此可接受現有網格。

(2)顯示馬赫數等值線

Display®Contours(Velocity®Mach Number, 關閉draw Grid)®Display

注:在上表面x/c=0.45處出現激波。

(3)打印翼上壓力分布曲線

plot®xyplot(在y axis function中選Pressure®Pressure Coefficient)®plot

(4)打印X方向剪切應力(翼表面處)

plot®xyplot (Wall Flux®X-wall Shear Stress) ®plot (注:負剪切力表明邊界層分離及反向流)

(5)顯示X方向速度等值線(注意激波后反流)

Display®Contours(Velocity®XVelocity) ®Display

(6)打印速度向量(放大激波后反流)

Display®Velocity Vectors(Scales=15) ®Display

FLUENT輔導2.液體燃料的燃燒

問題描述

Tw=1200K

Air 1m/s,650K

C5H12

Air

10m

二維管,入口Re?105,故為湍流,pentane蒸發后變為氣相并燃燒,燃燒使用混合組分PDF 模型,平衡態組分包括11種成分:(C5H12, CH4 , CO, CO2 , H2, H2O(g), H2O(l), O2, OH, C(S) 和N2)。假設:射流中的液滴為100mm直徑,初始溫度為300k,分散角為30°,射流質量流速為0.004kg/s即為極稀薄燃料情況)。

先用prePDF 生成PDF文件(PDF文件中包含關于組成濃度和溫度與混合物成分關系的信息)。

1. 絕熱系統計算

① 定義prePDF模型類型

Setup®Case(Adiabatic,Equilibrium Chemistry,BetaPDF) ®Apply®Close

② 定義化學組分(詳見指南)

Setup®Species®Define(11,11,C5H12,CH4,CO,CO2,H2,H2O,H2O(L),O2,OH,C(S),N2) ®Apply®Close

③ 定義燃料和氧化劑成分

Setup®Species®Composition(FuelStream=C5H12,ModelFraction=1.0,OxiderStream:

O2=0.21,N2=0.79)®Apply®Close

④ Setup®Species®Density (H2O(L)=1000, C(S)=1700) ®Apply®Close

⑤ 定義絕熱系統操作條件

Setup®Operating Conditions(101000, 303, 650) ®Apply®Close

注:303為燃料入口溫度,也即蒸發溫度。

⑥ Setup®Solution Parameters®Close

⑦ File®Write®Input(lfuel-ad.inp) ®ok

⑧ Calculate®PDF Table

⑨ File®Write®PDF(選Fluent 5,lfuel-ad.pdf) ®ok

⑩ Graphics®Property Curves(Temperature)®Display(最高溫度約2270K,對應濃度為0.1 )

Graphics®Property Curves(Species)®選擇所有種類®ok®Display®close

注:OH, H2O(L)很少,可去掉。

2. 非絕熱系統計算

① Setup®Case(Non-Adiabatic) ®Apply®close

② Setup®Operating Conditions(101000, 280, 2800, 303, 650) ®Apply®close

注:280比蒸發溫度(303)低, 2800應比絕熱系數最高溫度高至少100K。

③ Setup®Solution Parameters(Fuel Rich=0.3, Distribution Center=0.2) ®Apply®Yes®close

注:Fuel Rich limit至少為最佳配比0.1的2倍。Distribution Centre 應靠近Fule Rich limit.

④ File®Write®Input(lfuel.inp) ®ok

⑤ Calculate®PDF Table

⑥ File®Write®PDF(選中Fluent 5, lfuel.pdf) ®ok

⑦ Graphics®3D Nonadiabatic Table (Temperature) ®Display®close

⑧ Graphics®Property Curves (Species選所有組分) ®Display

⑨ File®Exit

3.進入Fluent 2D ,讀入網格

(1) File®Read®Case(lfuel.msh)

(2) Grid®check (最小體積>0)

(3) Display®Grid

4.連續相(氣體)模型

(1) Define®Models®Solver(Segregated, Implicit) ®ok

(2) Define®Models®Viscous (K-e)

(3) Define ®Models®Species(PDF®lfuel.pdf) ®ok

注:讀入非絕熱PDF文件,則能量方程自動打開。

5.離散相模型

Define®Models®Discrete Phase(選中Interaction…, 5 , 10000, 0.01)

Define ®Injections®Create (group=10, droplet, n-penture-liquid-linear, C5h12,

選中Stochastic Model, 10 , 0.15,

0.001 0.001

100 100

0 57.7

1e-4 1e-4

303 303

2e-4 2e-4)

注:液滴直徑為100mm , 質量流量為2e-4′10=0.002kg/s。

6.材料:連續相

Define®Materials(pdf-mixture, mixture, pdf-mixture, density=pdf, cp=mixing-law, Thermal

Conductivity=0.025, viscosity=2e-5) ®Change/Create

7.材料:離散相

Define®Materials(n-pentane-liquid, droplet-particle, name, C5H12<1>,

n-pentane-liquid(C5H12<1>), Density=620, CP=2300, Thermal Conductivity=0.136, Latent

heat=363000, 303, 306, 100, 6.1e-6, 8.2e4, 0) ®change/create®close

8.邊界條件

Define®Boundary Conditions(Velocity-inlet-7)®set(Magnitude and Direction, Absolute,

1.0, 1, 0, 650, Intensity and Hydraulic Diameter, 10, 2.0, 0, 0, escape) ®ok

Define®Boundary Conditions(presure-out-let-5)®set(0,1800,Intensity and Hydraulic Diameter,

10, 2.0, 0,0,escape)®ok

Define®Boundary Conditions (Wall-6)®Set(選中Temperature,1200,0,0,aluminum,0,0.5,

reflect, polynomial,polynomial) ®ok

注:如液滴可以到達墻面,對Boudary-Type可使用Trap選項,即假定揮發成分一接觸熱壁

就全部汽化。

9.求解

(1) Solve®Initialize®initialize(velocity-inlet-7, 0, 1, 0, 650) ®init®close

注:本側為空氣預熱,故可使用空氣入口條件作初始值。在其他燃燒條件下,可能需要patch 一個高溫區(solve/initialize/patch菜單及solve/dpm-update)。另一種方法是在離散相耦合及燃燒之前先進行初始氣相計算。

(2) Solve®Monitors®Residual(選中plot) ®ok

(3) File®Write®case(fuel.cas)

(4) Solve®Iterate(300)

(5) File®Write®case&Data

10.后處理

(1) Display®Coutours(只選Autorange, temperate, static tempature) ®Display

注:最高溫約1900K,使用Display/Views來鏡像顯示。

(2)Display®Contours(Autorange, pdf, Mean Mixture Fraction) ®Display

(3)Display®Contours(Autorange, Discrete Phase Model, DPM Evaporation) ®Display

(4)Display®Particle Tracks(Node Valuet Autorange, Single, line, particle variables,

particle Diameter, 選injection-0) ®Display

(5)Display®Contours(Autorange, Species, Mass fraction of C5H12) ®Display

FLUENT輔導3.煤粉燃燒

氣相為連續相,煤粒為離散相,煤粒在氣體中揮發,揮發分及炭的燃燒反應可用有限速率化學反應動力學或mixture-fraction/PDF分析。mixture-fraction/PDF模型可以模擬非預混湍流燃燒,只需求解一或兩個標量mixture-fraction輸運方程。多個化學組分的濃度可以通過mixture-fraction的分布求出。組分的物性參數由化學數據庫得到。湍流與化學反應的相互作用由Beta或雙delta PDF(probability density Function)來模擬。

問題描述:

10m

Tw=1200K

Air 15m/s,1500K

50m/s,1500K 0.5m

coal,0.1kg/s

0.125m

入口平均Re=105,為湍流。

( PDF文件含:組分濃度、溫度與mixture-fraction的關系)

一、在prePDF中定義絕熱系統

1.Setup®Case(選Secondary Stream, Adibatic, Equilibrium Chemistry, Secondary Stream)®Apply

注:選Secondary Stream, 使用兩個混合組分即將炭作為燃料流,揮發分作為Secorday Stream,這樣比用一個混全組分準確)。對Secondary Stream使用經驗定義:即定義C, H, N, O的原子成分。對非絕熱問題一般先進行絕熱計算,可以獲得:(1)絕熱燃燒最高溫度。(2)最佳配比混合物或密度(3)哪些組分對化學反應系統是微不足道的(可去掉)。對雙組分,PDF類型(Delta或Beta)在Fluent中選取。

2.定義化學成分

13個:C, C(S), CH4, CO, CO2, H, H2, H2O, N, N2, O, O2, OH

Setup®Species®Define(C, CCS), CH4, CO, CO2, H, H2, H2O, N, N2, O, O2, OH)®Apply®close

3.確定燃料組成

大致分析

重量百分比

(不含灰)重量百分比

揮發分

30.4

炭(C(S))

69.6

灰