fluent沉降及污染物擴散模擬

1、基于基于Fluent的的污染物擴散污染物擴散數(shù)值模擬數(shù)值模擬目錄目錄1、數(shù)值模擬軟件在地下水污染中數(shù)值模擬軟件在地下水污染中的應(yīng)用的應(yīng)用2 2、 CFD/Fluent CFD/Fluent軟件簡介軟件簡介3 3、模型的建立及網(wǎng)格劃分、模型的建立及網(wǎng)格劃分4 4、FluentFluent模擬參數(shù)設(shè)置模擬參數(shù)設(shè)置5 5、FluentFluent模擬結(jié)果后處理模擬結(jié)果后處理隨著計算機技術(shù)的發(fā)展及其廣泛應(yīng)用，地下水數(shù)值模擬技術(shù)也得到了長足的發(fā)展，國內(nèi)外已經(jīng)建立了多種地下水數(shù)值模擬模型和管理模型，例如Modflow、MT3D、Visual Modflow、Visual Groundwater、FEFLO

2、W、PHREEQC等。軟件應(yīng)用軟件簡介CFD 分析一般應(yīng)用在以下階段:概念設(shè)計產(chǎn)品的詳細設(shè)計發(fā)現(xiàn)問題改進設(shè)計CFD分析是物理試驗的補充，但更節(jié)省費用和人力。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，包含了廣泛的物理模型，能模擬工業(yè)中的流動、傳熱和反應(yīng)。軟件簡介CFD軟件的工業(yè)應(yīng)用涵蓋了從飛機機翼的空氣外流到鍋爐的燃燒，從塔內(nèi)氣泡流到鉆井平臺，從血液流動到半導(dǎo)體制造，以及從潔凈室設(shè)計到污水處理廠。軟件簡介一些特殊的模型如內(nèi)燃機燃燒、氣動噪聲、旋轉(zhuǎn)機械和多相流系統(tǒng)也進一步擴大了軟件的應(yīng)用范圍。軟件簡介CFD是計算流體動力學（Computatio

3、nal fluid dynamics）的縮寫，是預(yù)測流體流動、傳熱傳質(zhì)、化學反應(yīng)及其他相關(guān)物理現(xiàn)象的一門學科。CFD一般要通過數(shù)值方法求解以下的控制方程組質(zhì)量守恒方程動量守恒方程能量守恒方程組分守恒方程體積力等等方程介紹在模擬污染物擴散時通常需用到物質(zhì)輸送模型，當涉及反應(yīng)時還需用到有限速率化學反應(yīng)模型。物質(zhì)輸送和有限速率化學反應(yīng)：物質(zhì)輸送和有限速率化學反應(yīng)：FLUENT可以通過求解描述每種組成物質(zhì)的對流、擴散和反應(yīng)源的守恒方程來模擬混合和輸運，可以模擬多種同時發(fā)生的化學反應(yīng)，反應(yīng)可以是發(fā)生在大量相（容積反應(yīng)）中，和/或是壁面、微粒的表面。包括反應(yīng)或不包括反應(yīng)的物質(zhì)輸運模擬能力，以及當使用這一模

4、型時的輸入。方程介紹在FLUENT中根據(jù)以下三種模型中的一個計算：層流有限速率模型：忽略湍流脈動的影響，反應(yīng)速率根據(jù)Arrhenius公式確定。渦耗散模型：認為反應(yīng)速率由湍流控制，因此避開了代價高昂的Arrhenius化學動力學計算。渦耗散概念（EDC）模型：細致的Arrhenius化學動力學在湍流火焰中合并。注意詳盡的化學動力學計算代價高昂。案例基于Fluent的污染物擴散模擬在科研及實際中有較多的應(yīng)用：如基于Fluent的地下水三維模擬計算（吉林大學）尾礦庫重金屬的污染機理及其數(shù)值模擬研究（中南大學）以上兩個研究課題都涉及到了有限速率化學反應(yīng)案例1模擬過程包括：利用Gambit軟件建立地下

5、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反應(yīng)為:Na3AsO4+H2ONa2HAsO4+NaOHNa2HAsO4+H2ONa2H2AsO4+NaOH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500m30m4m（長寬高）。由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單，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)格劃分如圖所示。定義邊界條件：一個速度入口，一個自由出口，四周默認為固壁。對四周邊界處理采用剛蓋假定。案例1案例1案例1要確定一個有唯一解的物理

6、問題，必須指定邊界上的流場變量指定進入流體域的質(zhì)量流量、動量、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)該是已知的或可以合理預(yù)估的不好的邊界條件對計算結(jié)果影響很大案例1定義邊界條件：入口為速度入口，出口為自由流出口，四周默認為固壁。對四周邊界處理采用剛蓋假定。案例1二維單精度三維單精度三維雙精度運行運行FluentFluent出現(xiàn)選擇出現(xiàn)選擇FluentversionFluentversion選擇界面選擇界面案例1讀入網(wǎng)格文件：讀入網(wǎng)格文件：FileReadCase案例1指定計算區(qū)域的實際尺寸指定計算區(qū)域

7、的實際尺寸:GridScale案例1選擇模型選擇模型:DefineModels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)都保持默認值。定義求解器：定義求解器：DefineModelsSolver案例1勾選能量方程：勾選能量方程：DefineModelsEnergy案例1選擇湍流方程：選擇湍流方程：DefineModelsViscous本模擬中選擇標準湍流模型k-epsilon案例1選擇Species Transport，且選擇Reactions下拉列表中的Volumetric項。單擊mixture Material下拉列表中所需的項，并點擊View查看所選擇的物

8、質(zhì)。選擇物質(zhì)輸送模型：選擇物質(zhì)輸送模型：DefineModelsSpeciesTransport & Reaction案例1定義材料：定義材料：DefineMaterials案例1案例1定義反應(yīng)方程：定義反應(yīng)方程：在Materials欄下拉列表中單擊Reaction選項的Edition,根據(jù)實際反應(yīng)填寫各反應(yīng)參數(shù)。案例1操作條件：操作條件：DefineOperating Conditions勾選Gravity項，在Y方向填入重力加速度-9.8。案例1邊界條件設(shè)置：邊界條件設(shè)置：DefineBoundary Condition案例1求解器控制：求解器控制：SolveControlsSol

9、ution案例1速度入口邊界需要輸入下列信息：速度大小與方向、溫度、湍流參數(shù)、化學組分質(zhì)量百分數(shù)。案例1監(jiān)視器設(shè)置：監(jiān)視器設(shè)置：SolveMonitors勾選Options下拉列表中的Plot項，其余設(shè)置保持默認。案例1初始化設(shè)置：初始化設(shè)置：SolveInitializeInitialize在Compute From下拉列表中選擇速度入口，單擊Init進行初始化。案例1求解：求解：SolveIterate案例1殘差圖：殘差圖：案例1云圖顯示：云圖顯示：DisplayContours勾選Options下拉列表中Filled選項。在Contours of下拉列表中所需選項，單擊Display顯示所需云圖。案例1速度云圖：速度云圖：案例1Na3AsO4摩爾分數(shù)云圖（反應(yīng)物）案例1Na2HAsO4摩爾分數(shù)云圖（生成物）案例1創(chuàng)建監(jiān)測線創(chuàng)建監(jiān)測線：SurfaceLine/Rake案例1數(shù)據(jù)處理：數(shù)據(jù)處理：案例1Na2HAsO4質(zhì)量分數(shù)變化曲線（生成物）案例1Na3AsO4質(zhì)量分數(shù)變化曲線圖（反應(yīng)物）案例2利用Gambit軟件，建立一大氣污染擴散的二維模型。幾何模型的尺寸為20m20m。由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單，選擇結(jié)構(gòu)