fluent沉降及污染物擴(kuò)散模擬

基于Fluent的污染物擴(kuò)散數(shù)值模擬

整理課件目錄1、數(shù)值模擬軟件在地下水污染中的應(yīng)用2、CFD/Fluent軟件簡(jiǎn)介3、模型的建立及網(wǎng)格劃分4、Fluent模擬參數(shù)設(shè)置5、Fluent模擬結(jié)果后處理整理課件隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的開展及其廣泛應(yīng)用，地下水?dāng)?shù)值模擬技術(shù)也得到了長(zhǎng)足的開展，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)建立了多種地下水?dāng)?shù)值模擬模型和管理模型，例如Modflow、MT3D、VisualModflow、VisualGroundwater、FEFLOW、PHREEQC等。軟件應(yīng)用整理課件軟件簡(jiǎn)介CFD分析一般應(yīng)用在以下階段:概念設(shè)計(jì)產(chǎn)品的詳細(xì)設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)問題改進(jìn)設(shè)計(jì)CFD分析是物理試驗(yàn)的補(bǔ)充，但更節(jié)省費(fèi)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(fù)雜流動(dòng)，包含了廣泛的物理模型，能模擬工業(yè)中的流動(dòng)、傳熱和反響。整理課件軟件簡(jiǎn)介CFD軟件的工業(yè)應(yīng)用涵蓋了從飛機(jī)機(jī)翼的空氣外流到鍋爐的燃燒，從塔內(nèi)氣泡流到鉆井平臺(tái)，從血液流動(dòng)到半導(dǎo)體制造，以及從潔凈室設(shè)計(jì)到污水處理廠。整理課件軟件簡(jiǎn)介一些特殊的模型如內(nèi)燃機(jī)燃燒、氣動(dòng)噪聲、旋轉(zhuǎn)機(jī)械和多相流系統(tǒng)也進(jìn)一步擴(kuò)大了軟件的應(yīng)用范圍。整理課件軟件簡(jiǎn)介CFD是計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)〔Computationalfluiddynamics〕的縮寫，是預(yù)測(cè)流體流動(dòng)、傳熱傳質(zhì)、化學(xué)反響及其他相關(guān)物理現(xiàn)象的一門學(xué)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(dòng)量守恒方程能量守恒方程組分守恒方程體積力等等整理課件方程介紹在模擬污染物擴(kuò)散時(shí)通常需用到物質(zhì)輸送模型，當(dāng)涉及反響時(shí)還需用到有限速率化學(xué)反響模型。物質(zhì)輸送和有限速率化學(xué)反響：FLUENT可以通過求解描述每種組成物質(zhì)的對(duì)流、擴(kuò)散和反響源的守恒方程來模擬混合和輸運(yùn)，可以模擬多種同時(shí)發(fā)生的化學(xué)反響，反響可以是發(fā)生在大量相〔容積反響〕中，和/或是壁面、微粒的外表。包括反響或不包括反響的物質(zhì)輸運(yùn)模擬能力，以及當(dāng)使用這一模型時(shí)的輸入。整理課件方程介紹在FLUENT中根據(jù)以下三種模型中的一個(gè)計(jì)算：層流有限速率模型：忽略湍流脈動(dòng)的影響，反響速率根據(jù)Arrhenius公式確定。渦耗散模型：認(rèn)為反響速率由湍流控制，因此避開了代價(jià)高昂的Arrhenius化學(xué)動(dòng)力學(xué)計(jì)算。渦耗散概念〔EDC〕模型：細(xì)致的Arrhenius化學(xué)動(dòng)力學(xué)在湍流火焰中合并。注意詳盡的化學(xué)動(dòng)力學(xué)計(jì)算代價(jià)高昂。整理課件案例基于Fluent的污染物擴(kuò)散模擬在科研及實(shí)際中有較多的應(yīng)用：如基于Fluent的地下水三維模擬計(jì)算〔吉林大學(xué)〕尾礦庫(kù)重金屬的污染機(jī)理及其數(shù)值模擬研究〔中南大學(xué)〕以上兩個(gè)研究課題都涉及到了有限速率化學(xué)反響整理課件案例1模擬過程包括：利用Gambit軟件建立地下水的三維模型，導(dǎo)入Fluent中設(shè)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(xué)反響為:Na3AsO4+H2O→Na2HAsO4+NaOHNa2HAsO4+H2O→Na2H2AsO4+NaOH整理課件案例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(zhǎng)寬高〕。由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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)格劃分如下圖。定義邊界條件：一個(gè)速度入口，一個(gè)自由出口，四周默認(rèn)為固壁。對(duì)四周邊界處理采用剛蓋假定。整理課件案例1整理課件案例1整理課件案例1要確定一個(gè)有唯一解的物理問題，必須指定邊界上的流場(chǎng)變量指定進(jìn)入流體域的質(zhì)量流量、動(dòng)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(yīng)該是的或可以合理預(yù)估的不好的邊界條件對(duì)計(jì)算結(jié)果影響很大整理課件案例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(rèn)為固壁。對(duì)四周邊界處理采用剛蓋假定。整理課件案例1二維單精度三維單精度三維雙精度運(yùn)行Fluent

出現(xiàn)選擇Fluent

version選擇界面整理課件案例1讀入網(wǎng)格文件：File→Read→Case整理課件案例1指定計(jì)算區(qū)域的實(shí)際尺寸:Grid→Scale整理課件案例1選擇模型:Define→Models整理課件案例1求解器的設(shè)定：本算例采用壓力基，隱式算法。算例設(shè)置為穩(wěn)態(tài)，其余參數(shù)都保持默認(rèn)值。定義求解器：Define→Models→Solver整理課件案例1勾選能量方程：Define→Models→Energy整理課件案例1選擇湍流方程：Define→Models→Viscous本模擬中選擇標(biāo)準(zhǔn)湍流模型k-epsilon整理課件案例1選擇SpeciesTransport，且選擇Reactions下拉列表中的Volumetric項(xiàng)。單擊mixtureMaterial下拉列表中所需的項(xiàng)，并點(diǎn)擊View查看所選擇的物質(zhì)。選擇物質(zhì)輸送模型：Define→Models→Species→Transport&Reaction整理課件案例1定義材料：Define→Materials整理課件案例1整理課件案例1定義反響方程：在Materials欄下拉列表中單擊Reaction選項(xiàng)的Edition,根據(jù)實(shí)際反響填寫各反響參數(shù)。整理課件案例1操作條件：Define→OperatingConditions勾選Gravity項(xiàng)，在Y方向填入重力加速度-9.8。整理課件案例1邊界條件設(shè)置：Define→BoundaryCondition整理課件案例1求解器控制：Solve→Controls→Solution整理課件案例1速度入口邊界需要輸入以下信息：速度大小與方向、溫度、湍流參數(shù)、化學(xué)組分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。整理課件案例1監(jiān)視器設(shè)置：Solve→Monitors勾選Options下拉列表中的Plot項(xiàng)，其余設(shè)置保持默認(rèn)。整理課件案例1初始化設(shè)置：Solve→Initialize→Initialize……在ComputeFrom下拉列表中選擇速度入口，單擊Init進(jìn)行初始化。整理課件案例1求解：Solve→Iterate整理課件案例1殘差圖：整理課件案例1云圖顯示：Display→Contours勾選Options下拉列表中Filled選項(xiàng)。在Contoursof下拉列表中所需選項(xiàng)，單擊Display顯示所需云圖。整理課件案例1速度云圖：整理課件案例1Na3AsO4摩爾分?jǐn)?shù)云圖〔反響物〕整理課件案例1Na2HAsO4摩爾分?jǐn)?shù)云圖〔生成物〕整理課件案例1創(chuàng)立監(jiān)測(cè)線：Surface→Line/Rake整理課件案例1數(shù)據(jù)處理：整理課件案例1Na2HAsO4質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化曲線〔生成物〕整理課件案例1Na3AsO4質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化曲線圖〔反響物〕整理課件案例2利用Gambit軟件，建立一大氣污染擴(kuò)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(jiǎn)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)格劃分如下圖。定義