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催化转换器 ( Catalytic Converter )

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催化转换器 ( Catalytic Converter ) - PowerPoint PPT Presentation


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催化转换器 ( Catalytic Converter ). 实例 4. 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 ). 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]

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Presentation Transcript
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)
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]

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
rotate mesh assembly
旋转网格集合(Rotate Mesh Assembly)

单击Transform Mesh Assembly图标 ,旋转Assembly4

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

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]
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,因此相应的系数表达为 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]
define sub domain1
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
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
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

interfaces1
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

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
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

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
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