Fluent氣體擴散
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-04-12
Fluent氣體擴散的視頻教程
fluent專家-組分輸運-案例1-甲烷、硫化氫在空氣中的泄露擴散分布
fluent-組分輸運-案例1-甲烷、硫化氫在空氣中的泄露擴散分布 本案例研究天然氣中硫化氫（H2S）在如下模型中的泄露擴散情況，泄露口采用2維孔口模型，口徑為0.06m，左側水平向右的風速為2.5m/s，幾何模型如下所示：通過對其進行fluent模擬，可以得到甲烷安全區。 知識點：組分輸運模型設置、多相流、歐拉模型等
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基于Fluent的冷噴涂Laval噴嘴氣體動力學仿真
這一期視頻主要講解了基于Fluent的冷噴涂Laval噴嘴的氣體動力學仿真模擬方法。分別建立冷噴涂拉瓦爾噴嘴的二維和三維計算模型，通過ICEM對模型進行結構網格劃分，然后基于FLUENT對噴嘴進行氣體動力學模擬。分析了噴嘴內部流場氣壓和氣流速度分布以及不同直徑的金屬顆粒在噴嘴中的速度和溫度變化曲線。
￥499 2小時45分鐘 1759播放
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fluent專家-化學反應-案例1-預混氣體（甲烷空氣）化學反應的數值模擬
fluent-化學反應-案例1-預混氣體（甲烷空氣）化學反應的數值模擬 案例簡介 本案例涉及空氣與甲烷的反應，空氣入口速度8m/s，入口直徑1mm，甲烷的入口速度為4m/s，兩個入口間距3mm，水平直管段長度為15mm，寬為0.5mm，幾何模型如下圖所示。 知識點：化學反應、渦耗散模型、甲烷空氣混合物模型、燃燒、繪制xy plots曲線等
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Fluent氣體擴散的實例教程
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本教程演示了管道內釋放某氣體后擴散的模擬過程。
啟動FLUENT并導入網格
（1）在Windows系統下執行“開始”→“所有程序”→ANSYS 2021→Fluid Dynamics→Fluent 2021命令，啟動Fluent 2021。
（2）單擊主菜單中File→Read→Mesh命令，導入.msh網格文件。
定義模型
（1）單擊命令結構樹中General按鈕，彈出General（總體模型設定）面板，在Solver中Time選擇Transient，進行瞬態計算。
設置湍流模型
（1）在模型設定面板Models中雙擊Viscous按鈕，彈出Viscous Models對話框，在Model中選擇Realizable k-epsilon，單擊OK按鈕確認。
設置多組分模型
（1）在模型設定面板Models中雙擊Species按鈕，彈出Species Model對話框，選擇Species Transpor，Miture Material選擇propane-air。
展開 對可燃氣體在室內泄漏擴散的模式進行了分析,對泄漏擴散的影響因素進行了系統闡述,建立了連續泄放源氣體泄漏擴散的數學計算模型,并分別對室內有風和無風干擾的情況下的模型進行了簡化。通過建立數值計算模型,采用通用的CFD軟件PHOENICS對泄漏氣體射流擴散后形成的速度場與濃度場進行了模擬計算,得出了泄漏氣體在室內擴散分布的一般特征。結果表明,在分析可燃氣體泄漏的危險性時,不僅應分析環境空間可燃氣體的爆炸濃度范圍,而且也要注意存在局部著火的可能性
可燃氣體室內泄漏擴散的研究--PHOENICS.pdf
展開 多孔材料在氣體存儲和分離方面已經取得了突飛猛進的發展，然而如何控制氣體在多孔材料中的擴散一直是難以解決的問題。1月25日，一項發表于《科學》雜志的研究利用金屬—有機框架（MOF）材料這一設計性極高的結構平臺，在剛性骨架的MOF的籠狀孔壁上編入溫度響應的動態“開關”，通過控制孔壁微擾來控制氣體分子在多孔材料中的擴散。
論文第一作者、華南理工大學發光材料與器件國家重點實驗室研究員顧成告訴《中國科學報》記者：“新材料具有溫度控制的吸附特性，這種獨特的吸附性質不僅能讓材料在較高溫度下進行相似氣體的動態篩分，也可以實現常溫常壓下氣體的物理存儲。”
圖片說明：(A)通過動態孔道控制氣體擴散的原理示意圖。(B) 1a的晶體結構。 (C) 1a的孔道結構。(D) 溫度響應的層內擴散控制示意圖；低溫下OPTz單元形成的“門”關閉，氣體分子無法擴散，高溫下通過熱振動打開“門”，氣體分子進行層內擴散。
根據熱力學定律，隨著溫度升高，多孔材料對氣體的吸附量會降低。但是MOF材料表觀上違反熱力學吸附法則，它在各種氣體的沸點溫度附近幾乎沒有任何吸附，但隨著溫度升高氣體吸附量逐漸升高并達到最大值，之后隨溫度升高氣體吸附量又逐漸降低。研究人員發現，這是熱力學控制的骨架—氣體相互作用力和動力學控制的擴散限制相互作用的結果。
為何MOF材料會出現這樣的結果？顧成表示，研究人員設計了一種蝴蝶型的配體，在間苯二甲酸的5-位上引入氧化吩噻嗪，這是一種可以有效發生熱振動的單元。“這像蝴蝶扇動翅膀一樣，溫度越高，振動幅度越強。”顧成說。
氧化吩噻嗪的熱振動引起了微擾，而這一微擾已足夠為氣體分子擴散打開“大門”。由于MOF材料引入了動力學控制，在不同的溫度下，“大門”打開的幅度也不相同。
該材料特殊的吸附特性使之有可能在較高溫度下進行相似氣體的高效篩分。
展開 SKETCH
首先設置氣體定義組件：
然后對問題進行建模，假設有一個3*3=9平的房間開了窗直通外部大氣：
SUBMODEL
這里我們用最簡單的擴散模型來仿真這個問題
PARAMETER
設置好每個氣體定義，注意混合氣體需要設置成三種氣體的混合：
房間假設是一個3*3*5=45m3的空間，初始氣體充滿了氮氣（3），房間內的壓力為一個大氣壓：
假設有個面積約為0.6*1=0.6平的窗子，窗子很薄10mm，借鑒一下氧氣對空氣的擴散系數，設置菲克擴散系數是：
外界是一個大氣壓的大氣，忽略除氮氣與氧氣外的其他氣體：
SIMULATION
讓我們來看看10min（600s）能不能達到安全濃度：
結果好像如果沒有壓力差、沒有溫度差對流啥的，擴散真的很慢：
模型簡單修正
還是應該加入通風的考慮吧，假設使用了一個空調進行換氣，那么這個3*3=9平房間，按住宅換算，換氣量應該為8m3/h*m2即72m3/h，空氣的密度是1.29kg/m3，因此我們這里設置會有個72*1.29=92.88kg/m3的進氣源會送氣穿過房間：
再來仿真看看：
可以看到濃度下降的速度快多了，但是10分鐘看來是遠遠不夠啊。我們試試讓房間通風2h（7200s）：
嗯。。。還差很遠，還沒到安全濃度0.1%即0.001以下，讓我們多通風會，通風12小時：
可以看到，還是不夠。。。
通風24小時！
還是差點。。。再來，48小時！
終于在約164700s即45.75小時候達到了我們設定的安全濃度。。
展開 仿真用于分析和優化各個領域內的流動，包括燃燒、渦輪機械和氣體擴散分析。OPRA 一直在探索使用開源軟件包 OpenFOAM 來補充商業 CFD 軟件包。良好的網格對于執行 CFD 分析至關重要，而 OpenFOAM 受益于六邊形網格。OpenFOAM 有多種開源網格劃分工具，通常適用于簡單的幾何體。然而，由于有限的幾何導入、非直觀操作和有限的文檔，這些網格劃分工具很難用于真實（工業）幾何。
圖1：OPRA的OP16燃氣輪機發電機組
“ Fidelity Automesh 網格劃分工具 是 OPRA 的首選解決方案，因為它具有全六角和六角混合網格、自動網格劃分和直接導出到 OpenFOAM。”
Cadence 的網格劃分套件已在 OPRA 的設計和 CFD 方法中實施，如圖 2 所示。這些網格劃分工具是 OPRA 的首選解決方案，因為它們具有全六邊形和六邊形混合網格、自動網格劃分和直接導出到 OpenFOAM。Fidelity Hexpress 用于燃燒和氣體擴散分析，Fidelity Autogrid 用于渦輪機械。
圖 2：OPRA 的 CFD 模擬流程
以下案例研究展示了使用Fidelity Automesh進行 CFD 仿真。
項目介紹：
OPRA 已經為船上開發了 OP16 發電機組的船用版本。作為該項目的一部分，對 OP16 船用組件進行了氣體擴散分析。OP16 船用發電機組將使用一系列具有顯著不同氣體成分和能量密度的燃料。外殼（包括氣體系統）應確保防爆，以防氣體泄漏，因為外殼通風空氣和氣體混合物可能形成 LEL（低爆炸極限）體積云，在存在點火源時可能會點燃。為確保外殼內的環境無危險，必須將氣體檢測器放置在正確的位置以識別最終的泄漏。
展開 
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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
<p>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。</p><p><br></p><p><strong>1 workbench 設置</strong></p><p>本案例的計算模塊如下圖所示
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本案例利用Fluent中的VOF模型，對氣體上浮問題進行了仿真計算。
該案例為多個通氣孔注入氣體問題，幾何模型與仿真計算過程比較簡單，但通過該案例可延伸到魚缸增氧等較為復雜的仿真問題。
1 前處理設置
采用scdm建立如下圖所示的仿真計算幾何模型。
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編輯
采用了Fluent meshing進行前處理，采用多面體+核心六面體的方法對體網格進行劃分
作者：燃氣輪機性能工程師 Darsini Kathirgamanathan 和首席燃燒工程師 Thijs Bouten - OPRA Turbines International BV
OPRA Turbines 使用額定功率為 1.85 MWe 的 OP16 系列燃氣輪機開發、制造、銷售和維護發電機組。根據應用和要求，可以在 OP16 燃氣輪機上安裝不同的燃燒系統。燃氣輪機發電機組采用集裝箱式包裝
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。
SKETCH
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本教程演示了管道內釋放某氣體后擴散的模擬過程。
啟動FLUENT并導入網格
（1）在Windows系統下執行“開始”→“所有程序”→ANSYS 2021→Fluid
1. 仿真條件
2. 仿真結果(情形4)
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
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
本教程演示了氣瓶中高壓氣體釋放過程中的流體流動和傳熱問題的設置和求解。
1 啟動Workbench并建立分析項目
（1）在Windows系統下執行“開始”→“所有程序”→ANSYS 19.2→Workbench命令，啟動Workbench 19.2，進入ANSYS Workbench 19.2界面。
（2）雙擊主界面Toolbox（工具箱）中的Analysis systems
