ansys擴散仿真的案例
污染物擴散預測預警——河流污染物擴散數值仿真
污染物擴散預測預警
CFD（Computational Fluid Dynamics，計算流體動力學）是一種通過數值計算方法模擬流體流動、傳熱、傳質等物理過程的工程技術。在污染物擴散的仿真中，通常會利用CFD方法模擬空氣或水中的流動，同時考慮污染物的排放、擴散、沉降等過程。通過CFD仿真，可以得到污染物在空間和時間上的分布情況，從而為預測預警提供數據支撐。這包括污染物的濃度分布、擴散范圍、傳輸路徑等方面的信息，這些信息對于預測預警是非常重要的。
例如，在空氣污染物的擴散模擬中，通過CFD仿真得到不同高度和距離的污染物濃度分布。這可以幫助預測不同區域的空氣質量，從而為決策者提供數據支撐，制定合理的污染控制措施；在水質預報中，可以模擬水體中的流動和污染物傳輸。通過模擬結果，預測未來水質的變化趨勢，為水資源的保護和管理提供數據支持。
具體步驟
1.建立模型：使用適合河流污染物擴散的模型，例如對流-擴散模型或水動力-水質模型等。這些模型會考慮河流中的水流、污染物擴散、化學反應等物理和化學過程。
2.輸入參數：根據實際情況，確定模型所需的參數，例如河流的水流速度、流量、污染物排放量、初始濃度等。
3.數值模擬：利用計算機程序對模型進行數值求解，得到污染物在時間和空間上的分布情況。
4.結果分析：根據模擬結果，分析污染物的擴散趨勢、影響范圍、濃度分布等。
5.預測預警：根據模擬結果，對未來污染物擴散情況進行預測，并制定相應的預警方案。
【計算軟件】OpenFOAM開源平臺
【仿真平臺】自建高性能計算集群
【算例說明】通過CFD數值仿真，可得到污染物擴散的時空分布，為預測預警提供數據支撐
【工程應用】污染物預測預警、水質預報等
【創新貢獻】自動化計算流程+計算參數優化
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展開 污染物擴散仿真軟件
為了滿足我國大氣擴散與環境保護的需求,將計算流體力學(Computational Fluid Dynamics,CFD)的理論用于研究污染物擴散分析中的實際工程問題，具有重要的工程價值和社會意義。
二、軟件介紹
針對污染物擴散問題的工程特點，軟件集前處理器、求解器、后處理器于一身，大大降低了軟件使用的門檻，用戶僅僅需要通過簡單的操作，便可完成建模、求解、結果分析，大大提高了工程師的工作效率。
2.1 幾何建模
軟件內建了基本實體、地形、任意多面棱柱體等場用的幾何模型，僅僅需要指定模型的基本參數，軟件就可以完成模型的構建與渲染。
2.2 生成網格
依據有限體積法(Finite Volume Method,FVM)的原理，采用正交網格可以最大程度的減少界面插值引起的數值誤差，軟件可以生成六面體占優的計算網格。網格生成的原理是：采用正六面體單元生成背景網格，然后給句網格參數與建立的幾何模型(幾何模型可以由外部導入，也可以利用軟件內建的工具生成)迭代切分成最終的計算網格。目前，軟件支持自動化的非均勻網格，同時可以方便地生成邊界層網格。
2.2求解器
針對所研究問題的特殊性，軟件求解器分成內流、外流兩大模塊，內流可以求解速度、壓力、溫度等變量；外流除了可以求解速度、壓力、溫度以外，還可以求解空氣齡、SO2、NOX、PM2.5等流動變量。同時軟件提供了粒子追蹤模塊，可以方便輸入計算條件，方便研究工程中顆粒物的遷移演化過程。
2.3 后處理器
軟件提供了方便、快捷的后處理模塊，可以快速地讀入計算結果，可以以不同的方式查看計算結果，自動生成計算報告，提高了用戶工作效率。
展開 公共衛生安全-新冠病毒擴散仿真STEPS
打噴嚏的噴發速度可以達到50m/s，傳播距離遠，擴散范圍廣。
▲小于5微米的氣溶膠通過空氣傳播
通過計算流體力學（CFD）軟件Fluent和人群運動軟件STEPS（Simulation of Transient Evacuation and Pedestrian Movements）的聯合仿真模擬，可以對軌道交通內COVID-19病毒攜帶者打噴嚏時產生的一系列連鎖反應進行針對性的研究，如氣溶膠的運動、擴散、濃度分布以及感染人群等等。
解決方案
氣溶膠屬于多相流流體力學范疇，在空氣中的運動與擴散屬于離散流體流動，受空氣湍流、環境熱輻射以及顆粒間作用力影響。
本式例采用離散顆粒群軌跡模型DPM模擬噴嚏氣溶膠與空氣的相間耦合流動，采用k-ω SST模型模擬空氣的湍流運動，以Coupled方法進行壓力-速度耦合計算，最后與STEPS聯合仿真，構建軌道交通內生物源性氣溶膠擴散及感染人群的數值模擬解決方案。
具體操作
假設噴嚏氣溶膠為球形顆粒，直徑1.5-8.5微米，密度1100kg/m3，溫度310K，質量流率1 x e-10 kg/s，空氣密度為1.2kg/m3，主要受到重力、拖曳力和布朗力的作用。
仿真結果
■ 噴嚏氣溶膠自噴射后，向各個方向擴散，其傳播距離、擴散范圍與噴射速度成正比關系，速度越大，傳播距離越遠，擴散范圍越大。
■ 從顆粒物質量濃度圖可以看出氣溶膠顆粒污染物從人的口腔飛出后，在人的口腔附近有較小的密集分布，在人體前1.0m處基本向前下方運動，而氣溶膠顆粒隨氣流運動。
仿真意義
CFD/DPM與STEPS的聯合仿真能夠直觀的顯示病毒氣溶膠在人群中的擴散路徑。
展開 Ansys Zemax | 什么是點擴散函數（ PSF ）
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本文討論了如何在 OpticStudio 中對點擴散函數進行建模和解釋。使用的分析特征是 Spot Diagram、FFT PSF 和 Huygens PSF。將討論每種工具的優點，以及用于最準確分析的有用特征設置。
介紹
光學系統的點擴散函數 （PSF） 是單個點光源產生的輻照度分布。（望遠鏡拍攝遙遠恒星的圖像就是一個很好的例子。盡管源可能是一個點，但圖像不是。有兩個主要原因：首先系統中的像差會將圖像傳播到有限的區域；其次衍射效果也會擴散圖像，即使在沒有像差的系統中也是如此。
OpticStudio 有三種基本類型的 PSF 計算：幾何（無衍射）點列圖、基于衍射的 FFT 和 Huygens PSF。本文將討論基本理論，并就正確使用每種類型的 PSF 提供一些指導。
點列圖
OpticStudio 中最基本的分析功能之一是點列圖。此功能從物空間中的單視場點發射許多光線，通過光學系統追跡所有光線，并繪制所有光線相對于某個公共參考的 （x，y） 坐標。因此，點列圖本身就可以看作一個幾何 PSF。
這里使用的示例光學系統是一個焦距為 50 mm 的單拋物面 F/5 反射鏡，物位于無窮遠處。該系統是一個簡化的牛頓望遠鏡，包含的示例文件為 PSF_Newtonian.ZMX。以下是光學系統的外觀：
兩個視場點（一個在軸上，另一個呈 2 度角）的點列圖如下所示。
請注意，點列圖是光線落點的集合，每個點表示一條光線。光線之間沒有相互作用或干擾。點列圖在顯示望遠鏡的幾何或光線像差的影響方面非常有效。離軸幾何 PSF 清楚地顯示了系統的彗差和像散。然而在軸上，點列圖預測了完美的成像。但這是否準確代表了光學系統的性能？為了回答點列圖結果的這個問題，我們需要將點列分布與衍射極限響應進行比較。
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ANSYS建筑專欄：火災及煙氣擴散
火災及煙氣擴散：控制火災和煙氣的關鍵在于，我們首先要了解火災的多種物理現象，從而有助于清楚火災如何開始、中間發展過程以及對結構的影響。虛擬實驗是可以獲得這些關鍵數據的最有效、最精確方法，它也是開發火災預防及管理系統的最好方法。
ANSYS對煙氣和火災蔓延的仿真可以精確可靠地表現出現實生活的各種場景，從而有助于規劃緊急疏散方案、確定消防設施的最佳布置。
http://www.ansys.com/zh-cn/solutions/solutions-by-industry/construction/fire-and-smoke-propagation
展開 基于FLUENT中PDF模型的射流擴散火焰仿真 ￥299
基于EDC模型的噴射擴散火焰Fluent仿真帖子中利用edc模型仿真計算了火焰D。
本算例將基于FLUENT中PDF模型再次仿真火焰D。主噴嘴直徑為7.2 mm，被外徑為18.2 mm的燃燒過的先導環空包圍。引火器用于延遲火焰吹滅。主要的噴射成分是25%的CH4和75%的空氣(按體積計算)，化學計量值混合比例為0.351，火焰長度(定義為混合比例在軸上的化學計量點)約為47倍噴嘴直徑。PDF傳輸解決方案則分為兩步，首先利用FLUENT中部分預混合模型獲得穩態的燃燒初始流場，然后利用復合的PDF傳輸模型仿真獲得更加精細的瞬態燃料流程。
部分預混燃燒模型仿真溫度分布
PDF傳輸模型仿真計算得到的co質量分布
PDF傳輸模型仿真的精細燃料流場，溫度分布收費文件列表
展開 基于EDC模型的噴射擴散火焰Fluent仿真 ￥299
軸對稱射流擴散火焰，因為廣泛和準確的實驗測量是可行的。數據收集于Sandia國家實驗室，包括同步點測量ofT, N2, O2, CH4, CO2, H2O, H2 OH,NO，和CO。實驗數據鏈接，即測量了一組火焰，范圍從層流(表示火焰A)到近全滅(火焰F)，本算例選擇中等程度局部腐蝕的火焰(火焰D)。
火焰D是軸對稱射流擴散火焰。該燃燒器的主噴嘴直徑為7.2 mm，被外徑為18.2 mm的燃燒過的先導環空包圍。引火器用于延遲火焰吹滅。主要射流成分為25%的ch4和75%的空氣(按體積計)，為便于造型而選擇了減小煤煙?；旌衔锏幕瘜W計量值為0.351，火焰長度(定義為混合物在軸上的化學計量點)約為47個噴嘴直徑。
網格模型
EDC模型優化計算結果
收費文件列表
CH4-skel.che 為燃料和燃燒化學反應專用文件，可以導入。flameD.pdf.gz為部分預混燃燒參數設置好以后的導出文件，也可以直接導入Fluent使用。其他為Fluent常見文件及數據結果文件。
展開 潮汐力作用下飽和滲流運動以及鹽分輸送擴散的數值仿真 ￥800
<p>本案例模擬了一海灘表面上的潮汐力作用下飽和滲流運動以及鹽分的遷移擴散運動，模型如圖1所示。</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202201/b18f177f79114a919fe6083a5e71b5da.png" alt="m2.png"></p><p class="ql-align-center">圖1</p><p>鹽分場的濃度擴散分布結果如圖2所示。</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202201/54bf832538954207947a77895b23c394.png" alt="m1.png"></p><p class="ql-align-center">圖2</p><p>鹽濃度動態分布結果如圖3所示：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202201/eb01daf4f5c5494dabe39cd2e8ba6d3a.gif" alt="鹽分輸送.gif"></p><p class="ql-align-center">圖3</p><p>滲流場速度流線變化如圖4所示：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202201/54476f02153a47ed9fdffa05fbcbaf77.gif" alt="流線.gif"></p><p class="ql-align-center">圖4</p><p>感興趣的朋友，如想詳細了解仿真過程，可下載模型源文件進行查看，歡迎進行交流！</p><p><br></p><p><br></p>
展開 AMESIM學習——氣體擴散模型學習&房間通風問題仿真嘗試
氣體擴散模型學習&房間通風問題仿真嘗試
根據這個Demo，這里提出一個問題：我們假設有一個房間內充滿了一氧化碳，現在需要開窗通風降低一氧化碳的濃度才能進入。根據百度，5000ppm即0.5%，也就是說CO濃度降低到0.5%以下，才有進門的可能。為了安全，我們設置0.1%為進門的條件。那么從開窗通風到能夠進門，需要多久呢？這里我們來仿真一下。
35 Fluent實用案例 | 摻氫天然氣管道泄露擴散過程仿真
本案例對埋地摻氫天然氣管道在土壤多孔介質影響下的氣體泄漏擴散規律展開了仿真計算。主要涉及到多孔介質，組分傳輸，局部初始化三個部分。計算模型依據相關文獻進行設置，對摻氫20%的天然氣泄漏擴散情況展開分析，通過對該案例的學習與掌握，后續可以對制定管道泄露應急決策方案進行相關指導。
1 workbench 設置
本案例的計算模塊如下圖所示：
2 SCDM 設置
2.1 導入幾何
依據相關文獻，對幾何模型進行建立，其中管道為wall，y軸上方壁面為壓力出口，其他面位symmetry，管道泄露孔為φ=10mm的壓力入口，具體幾何尺寸如下：
2.2 網格設置
采用Fluent meshing進行網格劃分，對泄漏孔附近網格進行加密，具體的網格劃分如下圖所示：
3 FLUENT 設置
3.1 General設置與網格導入
首先導入網格，因為是研究擴散規律，因此需要開始瞬態，具體設置如下圖所示。
展開 Ansys Zemax | 使用點擴散函數的衍射極限成像系統的分辨率
在本文中，我建議使用在 OpticStudio 中計算的點擴散函數 (PSF) 來客觀衡量這些成像系統的分辨率。文中介紹了重疊圖像（探測器）平面上兩個點的 PSF 的兩種方法。第一種方法使用多重結構編輯器，第二種方法使用圖像模擬工具。文中比較了這兩種方法，并討論了它們的優缺點。
簡介
成像系統的性能與其分辨率有關，但分辨率的定義各不相同。在超分辨率顯微鏡中，傅里葉環相關[1]用于評估分辨率。在衍射極限顯微鏡中，分辨率是用瑞利或斯派羅準則估算的[2]。在實踐中，這些系統的分辨率也可以用微粒測量，微粒選擇明顯小于預期分辨率，選定上述標準之一。這些微粒充當形成 PSF 的點發源，其尺寸給出了圖像分辨率的估計值，同樣，該尺寸根據其定義而變化。在本文中，我們使用 OpticStudio 中的 PSF 來更客觀地評估衍射極限成像系統的分辨率。
方法一：多重結構編輯器（相干成像）
顯微鏡設計
在整篇文章中，我使用了基于 TL4X-SAP 物鏡（4X，0.2 NA）和 TTL200 管鏡的顯微鏡設計，如圖1所示。這兩種透鏡都可由 THORLABS 網站以黑盒形式提供。
圖 1 - 由 THORLABS 的黑匣子元件組成的顯微鏡設計。放大倍數為 4X，數值孔徑 (NA) 為0.2。
我們使用“真實圖像高度”定義并指定了在 X 和 Y 半寬為6.656毫米的正方形上具有相等面積的五個視場，對應于物平面中的1.664毫米。視場由像面中具有2048x2048像素和13.312x13.312mm 2 物理尺寸的科學 CMOS (sCMOS) 探測器進行建模。這些探測器通常用于顯微鏡，可以在 Orca-Flash4.0 V3 (Hamamatsu) 或Zyla 4.2 plus (Andor) 等相機產品中找到。
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Ansys Zemax | 使用點擴散函數的衍射極限成像系統的分辨率
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混凝土內干濕交替環境下的氯離子擴散數值仿真 ￥1500
干濕交替環境下需要考慮混凝土內非飽和水環境下的氯離子傳遞過程，推導建立了液態孔隙溶液的遷移擴散系數和氣態孔隙溶液的遷移擴散系數，對于孔隙水整體遷移系數，即通過以上推導的兩個遷移系數表示，在此基礎上，計算得到氯離子在本身濃度差影響下以及孔隙溶液遷移影響下的干濕交替環境下的擴散分布結果，如圖2所示。
圖1 幾何模型
圖2 孔隙內溶液飽和度的動態變化分布
圖3 氯離子擴散動態分布
感興趣朋友可下載模型源文件。歡迎合作交流
ANSYS建筑專欄：風工程及污染物擴散
評價結構的風荷載負載是最通常的應用，而使用仿真軟件能夠帶給設計者更多模型信息，包括在新建筑的出現對已有建筑的影響，局部流場的改變，可能會出現的竄風對行人的舒適性造成的影響，對污染物擴散的分析，也可以對一些重工業工廠的選址問題，污染物排放塔高度可能會對居民區的影響進行分析。
ANSYS軟件在各種各樣的結構上都能夠勝任這些分析。ANSYS的工具在提供常規權威和重要的環境沖擊信息時，給工程師更好的對結構的氣動特性理解，尤其對于那些超出了常規的設計規格的建筑。
因為ANSYS 的分析提供了高效而且快速的多種選項，通過仿真降低了缺陷建筑的風險，增加了項目在預算內按時完工的可能性，同時滿足所有合規性要求。
展開 Fluent 摻氫天然氣管道泄露擴散過程仿真(一)
wx_fmt=png&from=appmsg"></p><p><br></p><p><strong>4 后處理結果</strong></p><p><strong>4.1 后處理結果</strong></p><p>對管道泄露擴散仿真的計算結果進行可視化處理，土壤中的CH4濃度結果云圖如下圖所示：</p><p><img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/6OCfD1OjTxpXGRhdSbGgRj7IyicwxCoUy2b7UXNZic5SRdFBQEWq1S12ycfZWTLVCIeAsmrrVx2qedbIXRmBuWpw/640?wx_fmt=png&from=appmsg"></p><p>3000s計算結果</p><p>擴散過程云圖動畫結果如下圖所示：</p><p><br></p><p>https://mp.weixin.qq.com/s/we5K_FCMA5tlKadi1YSrkw</p>
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