התפקיד הקריטי של סימבולציה של הנדסה מודרנית

תהליכי הבעירה נמצאים בלב מערכות אנרגיה אינספור, החל טורבינות גז ומנועי הבעירה פנימית ועד לשיטות תעשייתיות ורתיחה של תחנת כוח.התחזית של התנהגות להבות, היווצרות מזוהמת, שחרור חום והפסדים יעילים חיוניים למהנדסים שמופעלות באמצעות תכנון שיטות ניקוי, יעילות יותר של סימולציה של נוזלים (CFD) הפכה כלי חיוני למטרה זו, ו-Firdird: 1.

הקמת קרן סולידריות: Pre-Processing

גיאומטריה ואסטרטגיות

הצעד הראשון בכל מחקר CFD הוא יצירת דומיין חישובי מדויק. עבור יישומי הבעירה, אפילו פרטים גיאומטריים קטנים וונדאש; כגון מחזיקי להבה, עקרות, או מעברים קירור וונדאש; יכול להשפיע באופן משמעותי על דפוסי זרימה ויציבות הלהבה להישאר על ידי ייבוא של מודל היתוך נקי, הסרת תכונות מיותרות, ופשטת חלקים לא קריטיים ללא הקרבה אז ספירת שתן.

להימנע מתאים בעלי חשיבות גבוהה (הרחבה מתחת ל-0.) ויחסי היבטים גבוהים באזורים של עניין.ה-FLT:0orthogonal Quality FigFLT:1 metric in Fluent הוא אינדיקטור אמין; ערכים מעל 0.15 בדרך כלל מקובלים, אך עבור סימולציה יש לכוון ל-0 או אזורי להבה גבוהים יותר.

תנאים חמורים ועדיפות ראשונה

תנאים אמיתיים הם דם החיים של סימולציה אמינה.עבור אינץ ', לציין טמפרטורה כוללת, מהירות או קצב זרימה המונית, ו אינטנסיביות סוערת (בדרך כלל 5 – 10% עבור אוויר של בעירה) לשים לב זהיר לשבריריות ההמונים מינים: אם באמצעות דלק מתואם (למשל, מתאן), לקבוע את הדלק עם הרכב המתאים.

סימולציה של סימולציה של גלגול נשמות (a ניחוש ראשוני גרוע מוביל לעתים קרובות להפרדה, במיוחד עם כימיה נוקשה.שימוש:0hybrid ראשוניזציה 1 ב Fluent כדי לקבל הערכת שדה זרימה, ולאחר מכן לדרג אזור טמפרטורה גבוה יותר שבו הלהבה צפויה לעגן. לחלופין, עבור מחקרי הסרת או פיזור, גישה רב-שלבית פועלת היטב: זרם חום-אווירה (מהירות) ולהפחית בהדרגה את הטמפרטורה היציבה.

בחירת מודל הטורבולנטיות הנכון

קוצר רוח ובעירה הם יחד הדוקים; תערובת של דלק וחמצן, להבה wrinkling, ושחרור חום תלויים eddies טורנטים. Ansys Fluent מספק מגוון של דגמי זעזועים מבוססי RANS. להלן הוא מדריך מעשי לבחירה בין האפשרויות הנפוצות ביותר עבור יישומי הדבקה.

RNG k-ε ו- Realizable k-ε

שניהם פועלים תעשייתיים (FLT:0RNG k-εFLT:1 מודל כולל מונח נוסף במשוואה הניתוק אשר משפר את הדיוק של זרימת זרימה ותיקון מתון.ה-FLT:2 Realizable k-R-RLT 3FLT) כולל מגבלות מתמטיות על מתחים רגילים ומבצעות טוב יותר עבור מטוסים עגולים ועיגולים, אשר לעתים קרובות הם צריחים עם תאים גדולים (מדומים) וטיפוסים).

C- ⁇ SST (Shear Stress Transport)

המודל k- ⁇ SST משלב את ה- k- ⁇ הנוסחאות ליד קירות עם מודל k-ε בזרם החופשי.זה יעיל במיוחד עבור זרימה עם הפרדה או ⁇ לחץ, כגון bluff-body ייצוב להבות.בבעירה, הלהבה מעוגן לעתים קרובות באזור של ריצוף מאחורי גוף שרוול, ו- k- k- ⁇ SST לוכד את האינטראקציה המצורפת ותנאים יותר מאשר קיר חשוב.

מודל מתח ריינולדס (RSM)

RSM פותר משוואות תחבורה עבור כל רכיב מתח של ריינולדס, מה שהופך אותו המודל הפיזי השלם ביותר RANS.זה יקר חישובי (5 – 10 פעמים איטי יותר מאשר שני מודלים של quation) אבל עשוי להיות הכרחי עבור זרימת זרימה גבוהה מאוד (מספר סגילה > 0.7), זעזוע אסטרונוטרופי חזק, או זורם עם ריפוי מורכב.

(FLT:0)ip:cioFLT:1 תמיד מבצע מחקר עצמאות עם מודל הזעזוע הנבחר שלך.בדוק כי פרופיל האנרגיה הקינטית הסוערת (k) לא משתנה באופן סביר עם הזיכוך.אם זה עושה, היש עשוי להיות קוהרזה מדי עבור המודל כדי לפתור מבנים.

כימיה של הדבקה: Balancing מפורט ו- Computational Cost

קינטיקה כימית שולטת במהירות הלהבה, עיכוב הזרה, היווצרות מזוהמת (NOx, CO, soot), ומגבלות ההכחדה. Ansys Fluent מציע מספר גישות לכימיה של מודלים, כל אחת עם עצירות סחר.

אדדי דיפומנטציה (EDC)

EDC הוא מודל כימיה סופי, אשר מניח תגובות להתרחש במבנים סוערים בסדר גודל שבו שילוב מולקולרי זמין הוא אינטנסיבי.זה מתאים להבות טרודות ולא ממותקות שבו התגובה היא מהירה יחסית לשילוב. EDC יכול לטפל מנגנונים כימיים מפורטים (למשל, GRIF עבור מתאן) ללא צורך בהנחות להבות מליאה, אך היא יקרה יותר מ- 50 נקודות הכחדה (למשל, החל מ- Cgic) באופן מדויק יותר מאשר ל- 30 מנגנונים של שפעת;

מודל להפלה Laminar Flamelet

עבור להבות שאינן ידועות, הלהבה FLT:0 (הדלפק הלהבה של הלהבה) (SLFM) SLFM) הוא יעיל מאוד.זה מניח שהלהבה היא דקה, וגודל הזמן הכימי הם הרבה יותר קצרים מאשר קשקשים מתערבבים סוערים. a pre-tabulated Library of Classars (tempture, שברירs) כפונקציה של שבריריות ו-Creperationeration, אשר נוצרת, כאשר הוא מהיר יותר מאשר ירידה, כלומר, כלומר, כאשר הוא מכיל את הסימולציות חום, כאשר הוא מכילות, כלומר, כלומר, כאשר הוא מכילות, כאשר הוא מכילות, הוא מכילות, כלומר, כלומר, עם ירידה של סימולציה חלקית, כאשר הוא מכילות, עם ירידה של תכונות של סימולציה חלקית, עם ירידה של סימולציה חלקית, עם ירידה של סימולציה של חום, כאשר הוא מכילות, כאשר הוא מכילות, כאשר הוא מכילות, עם ירידה של סימולציה חלקית, כאשר הוא מכילות, כאשר הוא מכילות, כאשר הוא מכילות, ללא כמות גדולה יותר, ללא כמות גדולה יותר, כאשר הוא מופעלת, כאשר הוא מכילות, כאשר הוא מופעלת, כאשר הוא מופעלת, כאשר הוא מכילות

המונחים: premixed Combustion

כוויות אמיתיות רבות פועלות במצב מסוים premixed, שבו דלק ואוויר לערבב רק חלקית לפני הבעירה. עבור מקרים כאלה, פלורנט מציעה את ה-FLT:0partially premixed מודל של הבעירה מראש (FLT:1 אשר פותר משוואה תחבורה עבור המשתנה התקדמות (השלכת המיקום הקדמי) בשילוב עם ספריית להבים זעירים.

הפעלת הסימול: Solver Settings and Convergence

לחץ-Velocity Coupling

עבור סימולציות של מצב יציב, השתמש בסימולציות של קידוד:0 (CoupledFLT:1 Solr in Fluent.It מציע התכנסות מהירה יותר עבור זרמים חד-פעמיים (כמו מגיבים זרימה עם שחרור חום גדול) בהשוואה ל-Sategated Solrs.FLT:2SIMPLEFLT 3 פועל עבור גיאומטריה פשוטה אבל עשוי להיאבק עם התחדשות ו-reashation בהדרגה לטמפרטורות נמוכות (כלומר, כלומר, כלומר, לעומת שינויים בטמפרטורה נמוכה) ו-Pipeertrad) ו-0.5.

דיסוציאציה Schemes

השתמש בדליפה שנייה עבור מומנטום, כמויות סוערות, ואנרגיה.עבור משוואות תחבורה מינים, השתמש ב- MUSCL סדר שלישי או הזמנה שנייה במעלה הרוח כדי למזער את הפיזור המספרי. diffusion נומרי באופן מלאכותי מחלחל את הלהבה, המוביל לטמפרטורות שיא נמוכות יותר ועיכוב סטיות. להימנע מסדרות ראשונות למעט מספר הראשון של כמה התכנסות.

פיקוח על

לא להסתמך רק על שאריות בקנה מידה (למשל, 1e-5 עבור המשכיות) סימולציות של Combustion לעתים קרובות להציג שאריות של אווסוציאלטוריות בשל דינמיקות להבה. במקום, לפקח על כמויות בלתי אינטגראליות: טמפרטורה בחוץ, חוסר איזון מסיבי זרימה, ושחרור חום מוחלט. כאשר אלה נשארים יציבים מעל מאות של גלגולים, הפתרון צפוי להתמזג.

תוצאות ואימות: מהנתונים ל Insight

המונחים: Meaningful metrics

(התהליך עובר על די לוחות קוטור. צור נקודות מבט של טמפרטורה (למשל, 1500 K) כדי לדמיין את צורת הלהבה.

שימוש בכלים חזותיים

Tecplot או ParaView יכולים ליצור תמונות באיכות הפרסום.pe טמפרטורה contours overlaid עם זרמים כדי להראות כיצד אזורי החלמה לעגן את הלהבה. Animate Transient Solutions כדי ללכוד את הלהבה flicker או מערבול אפקטים שופכים.תמיד לבדוק סימטריה: אם אתה מודל רק חצי הגיאומטריה, להבטיח כי משתנים זרימה הם סימטריים על המטוס; סימטריה עשויה להצביע על בעיות איכות או חוסר יציבות.

אימות נגד נתונים ניסיוניים

אין סימולציה ללא אימות. השתמש במדידות ניסיוניות מן הספרות (למשל, סדרת הלהבות FLT:0Sandia FlameFLT:1 או FLT:2 אוניברסיטת סידני שרוף נתונים של סידני מקיפים את הנתונים FLT 3: 3) כדי למדוד את הגדרות המודל שלך.גם אם הגיאומטריה שלך שונה, אימות נגד מקרה קנטון בונה אמון בבחירה שלך פיזיקה.

טיפים מתקדמים ליעילות וליעילות

  • (FLT:0) Use adaptive meshment (AMRIRFLT) 1:1 עבור הלהבות transient. Set קריטריונים של ⁇ של טמפרטורה או קצב תגובה. AMR יכול להפחית ספירת תאים על ידי 30 – 50% תוך שמירה על החלטה בלהבה.
  • (FLT:0) מודלים של קרינה קרינת P-1 (FLT:1 בבעירה עתירה גבוהה (מעל 1000 מעלות צלזיוס) מודל P-1 או מתואמים דיסקרטיים (DO) עם גזים במשקל-של ⁇ -gases (WSGGM) מתאים לשנות את הלהבה על ידי 100 ונדריש; K200 ומשפיעים באופן משמעותי על היווצרות NOx.
  • (FLT:0) צ'ק רשת התכנסות FLT:1 (באמצעות לפחות שלוש מברשות (coarse, Medium, בסדר) חישוב מדד ה-GCI) למשתנים מרכזיים כמו טמפרטורה שיא. A GCI מתחת 2% מציין עצמאות.
  • (FLT:0) השתמש בחוק הגז האידיאלי של גז ראטמאלף 1 (FLT:1) עבור דל-מכא-מספר הלהבות (Mach < 0.3) עבור זרימה מהירה (למשל, סדקים), לעבור לנוסחאות דחוסות.
  • (FLT:0)כולל soot ModelingFLT:1; אם הלהבה עשירה בדלק (יחסי חירום וgt; 1.2) מודל Mos-Brookes או מודל שני שלבים עם חמצון יכול לחזות שבריר נפח soot.
  • (FLT:0) מנגנונים כימיים של מנגנונים כימיים (FLT:1) שימוש בכלים כמו:2ANSYS Chemkin-ProveFLT 3 או קוד פתוח (למשל, Cantera) להתחיל עם מנגנון מלא, ולאחר מכן להשתמש בניתוח גרף יחסי מכוונת (DRG) כדי לחסל מינים ותגובה עבור תנאי הדלק הספציפיים שלך.
  • (FLT:0)Parallize ביעילות 1FLT:1 עבור נביחות בקנה מידה גדול, MPI מקבילה MPI מבוסס MPI מבוסס סולמות היטב עד מאות ליבות. עבור RANS יציב, 8 – 16 ליבות הם לעתים קרובות מספיק; לפקח על יעילות במקביל באמצעות CPU זמן להסרה.
  • (FLT:0) השתמש במודל ההבהה היציב של מחקרים מטבוליים מהירים (FLT):1 כאשר אתה צריך לחקור נקודות הפעלה רבות (קצב זרימת דלק, טמפרטורה טרום התחממות אוויר) לפני ביצוע סימולציה EDC מלאה.

מלכודות נפוצות וכיצד להימנע מהם

פלאש-off בגלל בעיות נומריות

בעיה נפוצה היא שהסימולציה צופה להכחדת הלהבה בתנאים שבהם הלהבה האמיתית נשרפת בדקדקירה.זה לעתים קרובות עולה מכפיפות מדי, ומאפשרת להבה להיות אנדאלו; להסתלק מ” על ידי דיפוזיה מספרית, לוודא כי ברירת המחדל של FLT:0Damköhlerrph:1 (מפריע לשילוב כימי) הם מספיק זמן טיפול כימי (C C) עם התאמות קבוע (C) ו-iptrartrartratttttirtío) עם המשתנים מספיק זמן (C C Cytirtítítítío) עם ⁇ C) עם המשתנים מספיק זמן (C) עם המשתנים מספיק זמן (C) ו-D.

סודיות אוסינל

סימולציות של ציות למילוי לעתים קרובות מציגות תנודות מחזוריות בשכנות; אם הזיהומים הללו הם תקופתיים וקטנות (למשל, שאריות מתחלפות סביב 1e-3), הם עשויים לשקף את ההתקפים הפיזיים (למשל, הפיכה תרמוזיקית) במקרים כאלה, סימולציה יציבה אינה מתאימה; לעבור סימולציה בלתי יציבה (NSFRAN) עם מספיק כדי ללכוד את התדרים הקטנים שלך (בפרק 1) כדי ללכוד את רמת הנית) עם הזמן של זמן כדי ללכוד את רמת הפחתת זמן של שימוש במקרים כאלה.

המונחים: nox

NOx הrmal רגיש מאוד לטמפרטורה; עודף של 50 K יכול להכפיל רמות NOx. Common גורם: (1) הזנחה של קרינה עולה שיא הטמפרטורה; (2) באמצעות מנגנון כימי מדי שאינו אחראי על NOx reburn; (3) מירש עני לפתור את אזור הלהבה.תמיד לאמת NOx עם נתונים ניסיוניים בתנאים דומים.

מסקנה: שיפור מתמשך באמצעות אימות

(הדמיית הבעירה יעילה ב- Ansys Fluent היא מסע שדורש הבנה תיאורטית וניסיון מעשי.אין ולו אחד ו-dquo; תיקון ” סט של מודלים; הגישה הטובה ביותר תלויה בסוג הלהבה הספציפית, משטר זרימה ומטרות הנדסיות.