fluent沉降及污染物擴散模擬課件

基于Fluent的污染物擴散數(shù)值模擬

fluent沉降及污染物擴散模擬目錄1、數(shù)值模擬軟件在地下水污染中的應用2、CFD/Fluent軟件簡介3、模型的建立及網(wǎng)格劃分4、Fluent模擬參數(shù)設置5、Fluent模擬結(jié)果后處理fluent沉降及污染物擴散模擬隨著計算機技術(shù)的發(fā)展及其廣泛應用，地下水數(shù)值模擬技術(shù)也得到了長足的發(fā)展，國內(nèi)外已經(jīng)建立了多種地下水數(shù)值模擬模型和管理模型，例如Modflow、MT3D、VisualModflow、VisualGroundwater、FEFLOW、PHREEQC等。軟件應用fluent沉降及污染物擴散模擬軟件簡介CFD分析一般應用在以下階段:概念設計產(chǎn)品的詳細設計發(fā)現(xiàn)問題改進設計CFD分析是物理試驗的補充，但更節(jié)省費用和人力。CFD商業(yè)軟件Fluent，是通用CFD軟件包，用來模擬從不可壓縮到高度可壓縮范圍內(nèi)的復雜流動，包含了廣泛的物理模型，能模擬工業(yè)中的流動、傳熱和反應。fluent沉降及污染物擴散模擬軟件簡介CFD軟件的工業(yè)應用涵蓋了從飛機機翼的空氣外流到鍋爐的燃燒，從塔內(nèi)氣泡流到鉆井平臺，從血液流動到半導體制造，以及從潔凈室設計到污水處理廠。fluent沉降及污染物擴散模擬軟件簡介一些特殊的模型如內(nèi)燃機燃燒、氣動噪聲、旋轉(zhuǎn)機械和多相流系統(tǒng)也進一步擴大了軟件的應用范圍。fluent沉降及污染物擴散模擬軟件簡介CFD是計算流體動力學（Computationalfluiddynamics）的縮寫，是預測流體流動、傳熱傳質(zhì)、化學反應及其他相關(guān)物理現(xiàn)象的一門學科。CFD一般要通過數(shù)值方法求解以下的控制方程組質(zhì)量守恒方程動量守恒方程能量守恒方程組分守恒方程體積力等等fluent沉降及污染物擴散模擬方程介紹在模擬污染物擴散時通常需用到物質(zhì)輸送模型，當涉及反應時還需用到有限速率化學反應模型。物質(zhì)輸送和有限速率化學反應：FLUENT可以通過求解描述每種組成物質(zhì)的對流、擴散和反應源的守恒方程來模擬混合和輸運，可以模擬多種同時發(fā)生的化學反應，反應可以是發(fā)生在大量相（容積反應）中，和/或是壁面、微粒的表面。包括反應或不包括反應的物質(zhì)輸運模擬能力，以及當使用這一模型時的輸入。fluent沉降及污染物擴散模擬方程介紹在FLUENT中根據(jù)以下三種模型中的一個計算：層流有限速率模型：忽略湍流脈動的影響，反應速率根據(jù)Arrhenius公式確定。渦耗散模型：認為反應速率由湍流控制，因此避開了代價高昂的Arrhenius化學動力學計算。渦耗散概念（EDC）模型：細致的Arrhenius化學動力學在湍流火焰中合并。注意詳盡的化學動力學計算代價高昂。fluent沉降及污染物擴散模擬案例基于Fluent的污染物擴散模擬在科研及實際中有較多的應用：如基于Fluent的地下水三維模擬計算（吉林大學）尾礦庫重金屬的污染機理及其數(shù)值模擬研究（中南大學）以上兩個研究課題都涉及到了有限速率化學反應fluent沉降及污染物擴散模擬案例1模擬過程包括：利用Gambit軟件建立地下水的三維模型，導入Fluent中設置材料性質(zhì)、邊界條件和求解參數(shù)，完成該模型的模擬，繪制不同截面的AsO43-、HAsO42-和H2AsO4-濃度等值線。模擬過程中涉及到的主要化學反應為:Na3AsO4+H2O→Na2HAsO4+NaOHNa2HAsO4+H2O→Na2H2AsO4+NaOHfluent沉降及污染物擴散模擬案例1利用Gambit軟件，建立地下水的三維模型。幾何模型的尺寸為500m×30m×4m（長寬高）。由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單，選擇結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格方法，選用六面體網(wǎng)格，網(wǎng)格大小為1m。網(wǎng)格劃分如圖所示。定義邊界條件：一個速度入口，一個自由出口，四周默認為固壁。對四周邊界處理采用剛蓋假定。fluent沉降及污染物擴散模擬案例1fluent沉降及污染物擴散模擬案例1fluent沉降及污染物擴散模擬案例1要確定一個有唯一解的物理問題，必須指定邊界上的流場變量指定進入流體域的質(zhì)量流量、動量、能量等定義邊界條件包括:確定邊界位置提供邊界上的信息邊界條件類型和所采用的物理模型決定了邊界上需要的數(shù)據(jù)你需要注意邊界上的流體變量應該是已知的或可以合理預估的不好的邊界條件對計算結(jié)果影響很大fluent沉降及污染物擴散模擬案例1定義邊界條件：入口為速度入口，出口為自由流出口，四周默認為固壁。對四周邊界處理采用剛蓋假定。fluent沉降及污染物擴散模擬案例1二維單精度三維單精度三維雙精度運行Fluent

出現(xiàn)選擇Fluent

version選擇界面fluent沉降及污染物擴散模擬案例1讀入網(wǎng)格文件：File→Read→Casefluent沉降及污染物擴散模擬案例1指定計算區(qū)域的實際尺寸:Grid→Scalefluent沉降及污染物擴散模擬案例1選擇模型:Define→Modelsfluent沉降及污染物擴散模擬案例1求解器的設定：本算例采用壓力基，隱式算法。算例設置為穩(wěn)態(tài)，其余參數(shù)都保持默認值。定義求解器：Define→Models→Solverfluent沉降及污染物擴散模擬案例1勾選能量方程：Define→Models→Energyfluent沉降及污染物擴散模擬案例1選擇湍流方程：Define→Models→Viscous本模擬中選擇標準湍流模型k-epsilonfluent沉降及污染物擴散模擬案例1選擇SpeciesTransport，且選擇Reactions下拉列表中的Volumetric項。單擊mixtureMaterial下拉列表中所需的項，并點擊View查看所選擇的物質(zhì)。選擇物質(zhì)輸送模型：Define→Models→Species→Transport&Reactionfluent沉降及污染物擴散模擬案例1定義材料：Define→Materialsfluent沉降及污染物擴散模擬案例1fluent沉降及污染物擴散模擬案例1定義反應方程：在Materials欄下拉列表中單擊Reaction選項的Edition,根據(jù)實際反應填寫各反應參數(shù)。fluent沉降及污染物擴散模擬案例1操作條件：Define→OperatingConditions勾選Gravity項，在Y方向填入重力加速度-9.8。fluent沉降及污染物擴散模擬案例1邊界條件設置：Define→BoundaryConditionfluent沉降及污染物擴散模擬案例1求解器控制：Solve→Controls→Solutionfluent沉降及污染物擴散模擬案例1速度入口邊界需要輸入下列信息：速度大小與方向、溫度、湍流參數(shù)、化學組分質(zhì)量百分數(shù)。fluent沉降及污染物擴散模擬案例1監(jiān)視器設置：Solve→Monitors勾選Options下拉列表中的Plot項，其余設置保持默認。fluent沉降及污染物擴散模擬案例1初始化設置：Solve→Initialize→Initialize……在ComputeFrom下拉列表中選擇速度入口，單擊Init進行初始化。fluent沉降及污染物擴散模擬案例1求解：Solve→Iteratefluent沉降及污染物擴散模擬案例1殘差圖：fluent沉降及污染物擴散模擬案例1云圖顯示：Display→Contours勾選Options下拉列表中Filled選項。在Contoursof下拉列表中所需選項，單擊Display顯示所需云圖。fluent沉降及污染物擴散模擬案例1速度云圖：fluent沉降及污染物擴散模擬案例1Na3AsO4摩爾分數(shù)云圖（反應物）fluent沉降及污染物擴散模擬案例1Na2HAsO4摩爾分數(shù)云圖（生成物）fluent沉降及污染物擴散模擬案例1創(chuàng)建監(jiān)測線：Surface→Line/Rakefluent沉降及污染物擴散模擬案例1數(shù)據(jù)處理：fluent沉降及污染物擴散模擬案例1Na2HAsO4質(zhì)量分數(shù)變化曲線（生成物）fluent沉降及污染物擴散模擬案例1Na3AsO4質(zhì)量分數(shù)變化曲線圖（反應物）fluent沉降及污染物擴散模擬案例2利用Gambit軟件，建立一大氣污染擴散的二維模型。幾何模型的尺寸為20m×20m。由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單，選擇結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格方法，選用四邊形網(wǎng)格，網(wǎng)格大小為1m。網(wǎng)格劃分如圖所示。定義邊界條件：一個大氣環(huán)境風速入口，一個污染物排放速度入口，一個自由出口，其余面默認為固壁。fluent沉降及污染物擴散模擬案例2fluent沉降