fluent沉降及污染物扩散模拟课件
fluent仿真沉积效应
fluent仿真沉积效应Fluent是一种常用的计算流体力学（CFD）软件，被广泛应用于工程领域的流体仿真。
在流体仿真中，沉积效应是一个重要的现象，指的是在流体通过管道或管道内部的不同部位时，由于流体速度的变化，流体中的颗粒物质会沉积在管道壁面上。
本文将以Fluent仿真沉积效应为主题，详细讨论其原理、应用和影响。
一、沉积效应的原理在流体中，存在着颗粒物质，比如颗粒污染物、悬浮物等。
当流体通过管道时，由于管道内部存在流速的变化，流速较低的地方会使颗粒物质沉积在管道壁面上，形成一层沉积物。
这种沉积物的形成被称为沉积效应。
沉积效应的原理可以通过Fluent软件进行仿真分析。
Fluent软件可以对流体进行数值模拟，计算流体在管道内部的流动情况，并分析流体中颗粒物质的运动轨迹和沉积情况。
通过仿真分析，可以得到沉积物的分布情况、厚度和形状等重要参数，为实际工程应用提供参考。
二、沉积效应的应用沉积效应在工程领域中有着广泛的应用。
以下是几个常见的应用场景：1. 管道输送系统的设计在油气、化工、水处理等行业中，管道输送系统的设计是一项重要的工作。
沉积效应的存在会影响管道的流动性能和输送效率，因此在设计过程中需要考虑沉积效应对系统的影响。
利用Fluent软件进行仿真分析，可以评估沉积物的分布情况和厚度，从而优化管道的设计。
2. 污水处理系统的优化在污水处理系统中，沉积效应也是一个重要的问题。
沉积物的堆积会导致管道阻塞、流量减小甚至设备损坏。
通过Fluent软件的仿真分析，可以预测沉积物的分布情况，并在设计阶段对系统进行优化，提高处理效率和设备的寿命。
3. 粉尘沉降问题的研究在一些工业生产中，会产生大量的粉尘颗粒，如煤矿、水泥厂等。
这些颗粒物质会在空气中悬浮，并随着气流的变化而沉降。
利用Fluent软件进行仿真分析，可以模拟粉尘颗粒在空气中的运动轨迹和沉降情况，为粉尘治理提供科学依据。
三、沉积效应的影响沉积效应对工程系统有着重要的影响。
fluent气溶胶扩散模拟简单案例
fluent气溶胶扩散模拟简单案例（原创版）目录1.Fluent 软件介绍2.气溶胶扩散模拟的概念3.简单案例介绍4.案例模拟过程5.模拟结果分析6.结论正文【1.Fluent 软件介绍】Fluent 是一款由美国 Comsol 公司开发的流体动力学模拟软件，广泛应用于工程领域，如环境工程、化学工程、能源工程等。
该软件具有强大的数值模拟能力，可以模拟流体流动、传热、传质等多种物理现象。
【2.气溶胶扩散模拟的概念】气溶胶扩散模拟是指通过数值方法，模拟气溶胶在空气中的扩散过程，以研究其浓度分布和变化规律。
这种模拟可以帮助我们了解气溶胶在环境中的传播特性，为环境保护和污染治理提供科学依据。
【3.简单案例介绍】本案例以一个工厂排放的气溶胶为例，模拟其在大气中的扩散过程。
工厂位于一个平坦的地区，风速、风向、气溶胶的初始浓度等参数已知。
【4.案例模拟过程】首先，在 Fluent 软件中创建一个三维模型，包括工厂、周围建筑物和空气。
然后，设置物理参数，如气体密度、粘度、扩散系数等。
接着，设置边界条件和初始条件，包括气溶胶的初始浓度、风速、风向等。
最后，运行模拟，计算气溶胶在空气中的浓度分布和变化。
【5.模拟结果分析】模拟结果显示，气溶胶在空气中的浓度分布呈现出一定的规律。
在风向和风速的作用下，气溶胶会沿着风的方向扩散。
同时，由于气溶胶的扩散系数较小，其浓度在远离源点的地方逐渐降低。
【6.结论】通过 Fluent 软件对气溶胶扩散进行模拟，可以获得气溶胶在大气中的浓度分布和变化规律。
气体扩散浓度计算模型介绍ppt课件
模型验证情况
ⅡT Heavy Gas Models瞬时泄漏扩散模 型对Thorney Island Tests系列试验下风 向不同距离的泄漏物质最大浓度进行了模 拟验证，ⅡT Heavy Gas Models连续泄 漏扩散模型对Maplin Sands Tests系列试 验下风向不同距离的泄漏物质最大浓度进 行了模拟验证，两个试验的模拟结果都是 较好的，基本上反映了重气的扩散情形。
的密度差，导致重气塌陷，沿地表面拓展，引起云团厚度的降低和径向尺寸的增大，而在大气湍流的
作用下外界空气进入云团，即空气卷吸，云团被稀释，同时由于初始泄漏云团与周围环境的温度差异
而进行热量交换；
★非重气扩散转变：随着云团的稀释冲淡，重气效应逐渐消失，重气扩散转变为非重气扩散；
★大气湍流扩散阶段(被动扩散)：即大气湍流对云团的扩散起支配作用。
4
常见的泄露形式: 管道破损后的连续喷射——烟羽
5
常见的泄露源: 爆炸形成瞬时泄露——烟团
6
扩散过程研究
不同性质气体在不同条件下表现出不同 的特征
观察者对过程特征的选取
7
重气扩散过程
四个阶段
★初始阶段：物质从容器泄漏出，形成气云后在本身的惯性力和外界风速的作用下，上升变形；
★重力沉降阶段和空气卷吸阶段：当气云初始动量消失后，重力占主导地位。由于云团与周围空气间
11
气体泄漏扩散研究方法
试验法
风洞实验法
试验法
模型法
试验数据
问题特点
比例
验证
模型
特征提取与模化
风洞实验
12
气体扩散浓度计算模型分类
重气泄漏扩散的数值模拟方法依据各自的 建模原理以及复杂程度可分为五类 :
Fluent程序介绍 教学PPT课件
Domain of interest isolated and meshed for CFD simulation.
• 能简化为二维或者轴对称问 题吗？
3. 创建几何模型
• 你如何得到流体域的几何模型？
– 使用现有的CAD模型 • 从固体域中抽取出流体域？
– 直接创建流体几何模型
• 你能简化几何吗？
– 使用可视化的工具能回答以 下问题:
• 什么是全局的流动类型？ • 是否有分离？ • 激波、剪切层等在哪儿出现？ • 关键的流动特征是否捕捉住了？
– 数值报告工具能给出以下量 化结果：
• 力、动量 • 平均换热系数 • 面积分、体积分量
修订模型
• 这些物理模型是否合适？
– 流动是湍流的吗？ – 流动是非稳态的吗？ – 是否有压缩性效应？ – 是否有三维效应？
– 去除可能引起复杂网格的不必 要特征（倒角、焊点等）
– 使用对称或周期性？ • 流场和边界条件是否都是对 称或周期性的？
• 你需要切分模型以获得边界条 件或者创建域吗？
Solid model of a Headlight Assembly
4. 设计和划分网格
• 计算域的各个部分都需要哪种程度的网格密 度？
– 1947年，500flops(浮点运算次数/秒) – 2003年，20万亿flops – 2009年，1.3千万亿flops
• CFD能够用于实验测量困难、昂贵、不 能实现中流动问题研究中。
实验
•流动的定量描述 •用实验设备测量流动 •同一时间测一个量 •有限的空间点和时间点 •实验室尺度
•测量仪器误差 •设备对流场的扰动
• 这些边界条件是否合适？
– 计算域是否足够大？ – 边界条件是否合适？ – 边界值是否是合理的？
Fluent甲醛污染扩撒模拟仿真教程-CFD仿真污染物
Fluent模拟建筑室内污染物扩散流程
使用Fluent模拟室内甲醛污染扩散的瞬态模拟，具体流程和参数设置如下：
1.准备工作：
建立3D模型：使用建模工具（如SolidWorks、AutoCAD等）建立房间的3D模型，并导入到Fluent中。
定义材料属性：为木材、脲醛树脂、人造板和其他室内建筑装饰材料定义相应的物理属性和化学性质，包括密度、比热容、热传导率、扩散系数等。
设置初始条件：设定初始时刻的空气温度、相对湿度、流速等条件。
前处理：
读入网格：导入已经建立好的3D模型网格文件。
检查网格质量：使用Fluent的网格检查功能，确保网格无缺失、无扭曲等质量问题。
定义求解器：选择Segregated求解器，并设置相应的松弛因子和时间步长。
定义模型：选择适合的湍流模型（如K-ε模型），并启用多相流模型（如Eulerian模型）来模拟空气和甲醛的流动。
定义边界条件：设置空气入口的速度、温度和甲醛的质量流量等边界条件。
2.计算过程：
初始化：设置初始时刻的空气速度、温度和甲醛浓度等变量值。
渗透扩散与沉降PPT课件
（1） 上式中 D 为扩散系数，它与摩擦系数 f 的 关系服从爱因斯坦扩散定律：
（2）
由斯托克(Stokes)公式，若粒子为球状时
（3）
(3)式中 r 为粒子半径，η 为介质的粘度系数。由式(1)、(2)、(3)
不难得出：
Einstein-Brown 平均位移公式
（4）
x : t 时间间隔内粒子的平均位移, L：阿伏加德罗常数
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D 扩散系数 单位浓度梯度下，单位时间通过单位面积的物
质的量。单位：m2 s --1
D 可用来衡量扩散速率。 下表给出不同半径金溶胶的扩散系数。
表 12.3.2 18 oC 时金溶胶的扩散系数
粒子半径 r/nm
D109/(m2s-1)
1
0.213
10
0.0213
100
0.00213
Cl–
x
P z–
c
Na+ c´Cl– c´- x
Π (
所以渗透压为：
cB(左)
cB(右) )RT
(zc c - 2c'4x)RT
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代入 x 的解，得到：
z2c2 zc2 2c' c
Π
RT
2c'zc
2.5
当盐的浓度远远小于蛋白质的浓度时，即 c´<< c 时：
Π z2c2 zc2 RT (z 1)c RT 2.6
2C D(
2C
2C
)
t
x 2 y2 z 2
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用途： 适用于不同性质的扩散体系； 可用于求解扩散质点浓度分布随时间和距离而变化的不稳 定扩散问题。
应用FLUENT模拟学生寝室室内污染物浓度场的变化规律
应用FLUENT模拟学生寝室室内污染物浓度场的变化规律高清军，庄宏昌，王林大连海事大学环境科学与工程学院，大连（116026）E-mail：ruichao_2001@163.con摘要：数值模拟技术对建筑室内环境进行模拟仿真，可以形象的、直观的对室内气流流动形成的微环境做出分析和评价。
本文采用FLUENT数值模拟法，模拟了现有学生寝室污染物浓度场的变化规律，指出当前学生宿舍格局的不足，并将其适当改进。
为更加合理、优化的寝室布局提供了理论依据。
关键词：数值模拟，FLUENT，学生宿舍1 前言随着全国高考升学率的不断提高，以及各大高校的学生宿舍的相对紧缺，宿舍内人员拥挤，布局紧凑，直接导致学校内寝室的环境质量下降。
同时由于寝室紧缺，许多学生寝室都是刚刚装修完毕，就允许学生入住，尤其是在冬天，北方的天气比较冷，几乎很少开窗，这使得污染物很难向外扩散。
高校的学生每天至少有8个小时的时间是在寝室里度过的，所以分析一下学生寝室的空气质量还是很有必要的。
目前很多学生公寓都是阴阳双面建筑设计，寝室内都是上面住人，下面是桌子的一体化格局，事实上对于单面宿舍，这种设计并不算合理的。
本文选用的污染物是甲醛，甲醛是最简单、最常见的醛类物质,其理化性质为：无色、具有强烈刺激性气味,沸点- 1915 ,℃比重1106 ,易溶于水、醇和醚,是一种溶解度很大、挥发性很强的有毒物质[1]。
据调查,新装修的公共场所甲醛的超标率达60 %～100 %。
甲醛已成为室内空气污染物的主要成分。
甲醛的释放期比较长,一般为3年～15年,故将甲醛作为室内污染的指示污染物[2]。
甲醛的主要来源是装潢用的尿醛树脂、油漆、胶水、脱氧剂、消毒剂及防腐剂,在卷烟和燃烧的废气中也有[3]。
甲醛在室内的浓度变化主要与室内污染源的释放量和释放规律有关,也与使用年限、室内温度、湿度及通风强度等因素有关,其中通风的影响最为重要[4]。
目前国内外普遍运用的室内空气评判方法有主观评价法、客观评价法和主客观相结合评价法[5]。
CFD数值模拟(含Fluent)学习及培训课件
所有变量全场联立求解 部分变量全场联立求解 局部地区所有变量联立求解
分解式求解法
(segregated method)
涡量-流函数法 非原始变量法
涡量-速度法
压力修正法 原始变量法 解压力泊松方程法
人为压缩法
耦合式解法
❖ 求解过程
1）假定初始压力和速度等变量，确定离散方程的系数 及常数项等。
2）联立求解连续方程、动量方程、能量方程； 3）求解湍流方程及其他标量方程； 4）判断当前时间步上的计算是否收敛。若不收敛，返
回到第2）步，迭代计算；若收敛，重复上述步骤， 计算下一时间步的物理量。
耦合式解法(续)
❖特点
➢ 当计算中流体的密度、能量、动量等参数存在相 互依赖关系时，采用耦合解法具有很大优势。
➢ 其主要应用包括高速可压流动、有限速率反应模 型等。
➢ 所有变量全场联立求解应用较普遍，求解速度较 快，而局部对所有变量联立求解仅用于声变量动 态性极强的场合，如激波捕捉。
Fluent软件。
基于有限体积法式)只考虑控制方程中 的对流项和扩散项，有低阶离散格式和高阶离散格式。
❖ 低阶离散格式
❖ 高阶离散格式
➢ 中心差分格式； ➢ 一阶迎风格式； ➢ 混合格式(综合中心差分和迎风格式)； ➢ 指数格式； ➢ 乘方格式。
➢ 二阶迎风格式； ➢ QUICK格式； ➢ 改进的QUICK格式。
➢ 隐式时间积分方案
度)
全隐式时间积分方案( app a(n6p))np b
❖ 全隐式方案是无条件稳定的：即无论采用多长的时间步长，都不会出现解 的振荡。但是，由于该方案在时间区域上只具有一阶截差精度，因此需要 使用小的时间步长，以保证获得精度较高的解。由于算法健壮且绝对稳定， 全隐式方案在瞬态求解过程中，得到了最为广泛的应用。
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案例1
运行Fluent 出现选择Fluent version选择界面
二维单精度 三维单精度 三维双精度
案例1
读入网格文件：File→Read→Case
案例1
指定计算区域的实际尺寸:Grid→Scale
案例1
选择模型:Define→Models
案例1
定义求解器：Define→Models→Solver
软件简介
CFD 分析一般应用在以下阶段: 概念设计
产品的详细设计
发现问题
改进设计
CFD分析是物理试验的补充，但更节省费用和 人力。
CFD商业软件Fluent，是通用CFD软件包，用来 模拟从不可压缩到高度可压缩范围内的复杂流 动，包含了广泛的物理模型，能模拟工业中的 流动、传热和反应。
求解器的设定： 本算例采
用压力基，隐 式算法。算例 设置为稳态， 其余参数都保 持默认值。
案例1
勾选能量方程：Define→Models→Energy
案例1
选择湍流方程：Define→Models→Viscous
本模拟中 选择标准 湍流模型 kepsilon
案例1
选择物质输送模型： Define→Models→Species→Transport & Reaction
Na3AsO4+H2O→Na2HAsO4+NaOH Na2HAsO4+H2O→Na2H2AsO4+NaOH
案例1
利用Gambit软件，建立地下水的三维模型。 几何模型的尺寸为500m×30m×4m（长宽 高）。由于内部结构简单，选择结构化网 格方法，选用六面体网格，网格大小为1m。 网格划分如图所示。
定义边界条件：一个速度入口，一个自由 出口，四周默认为固壁。对四周边界处理 采用刚盖假定。
案例1
案例1
案例1
要确定一个有唯一解 的物理问题，必须指 定边界上的流场变量
指定进入流体域的质 量流量、动量、能量
案例1
定义边界条件：入 口为速度入口，出 口为自由流出口， 四周默认为固壁。 对四周边界处理采 用刚盖假定。
软件简介
CFD软件的工业应用 涵盖了从飞机机翼的 空气外流到锅炉的燃 烧，从塔内气泡流到 钻井平台，从血液流 动到半导体制造，以 及从洁净室设计到污 水处理厂。
软件简介
一些特殊的模型如内 燃机燃烧、气动噪声、 旋转机械和多相流系 统也进一步扩大了软 件的应用范围。
软件简介
CFD是计算流体动力学（Computational fluid dynamics）的缩写，是预测流体流动、 传热传质、化学反应及其他相关物理现象的 一门学科。CFD一般要通过数值方法求解以 下的控制方程组 质量守恒方程 动量守恒方程 能量守恒方程 组分守恒方程 体积力
案例1
操作条件：Define→Operating Conditions
勾选 Gravity项， 在Y方向填 入重力加 速度-9.8。
案例1
边界条件设置：Define→Boundary Condition
案例1
求解器控制：Solve→Controls→Solutio 度大小与方向、温度、湍流参数、化 学组分质量百分数。
fluent沉降及污染物 扩散模拟
目录
1、数值模拟软件在地下水污染中 的应用
2、 CFD/Fluent软件简介 3、模型的建立及网格划分 4、Fluent模拟参数设置 5、Fluent模拟结果后处理
软件应用
随着计算机技术的发展及其广泛应用，地下水 数值模拟技术也得到了长足的发展，国内外已 经建立了多种地下水数值模拟模型和管理模型， 例如Modflow、MT3D、Visual Modflow、 Visual Groundwater、FEFLOW、PHREEQC等。
方程介绍
在模拟污染物扩散时通常需用到物质输送 模型，当涉及反应时还需用到有限速率化 学反应模型。
物质输送和有限速率化学反应：
FLUENT可以通过求解描述每种组成物质的 对流、扩散和反应源的守恒方程来模拟混 合和输运，可以模拟多种同时发生的化学 反应，反应可以是发生在大量相（容积反 应）中，和/或是壁面、微粒的表面。包括 反应或不包括反应的物质输运模拟能力， 以及当使用这一模型时的输入。
案例1
监视器设置：Solve→Monitors
勾选 Options 下拉列表 中的Plot 项，其余 设置保持 默认。
案例1
初始化设置： Solve→Initialize→Initialize……
在 Compute From下拉 列表中选 择速度入 口，单击 Init进行初 始化。
案例1
案例
基于Fluent的污染物扩散模拟在科研及实际 中有较多的应用：如
基于Fluent的地下水三维模拟计算（吉林大 学）
尾矿库重金属的污染机理及其数值模拟研 究（中南大学）
以上两个研究课题都涉及到了有限速率化 学反应
案例1
模拟过程包括：利用Gambit软件建立地下 水的三维模型，导入Fluent中设置材料性质、 边界条件和求解参数，完成该模型的模拟， 绘制不同截面的AsO43-、HAsO42-和H2AsO4浓度等值线。模拟过程中涉及到的主要化 学反应为:
方程介绍
在FLUENT中根据以下三种模型中的一个计 算：
层流有限速率模型：忽略湍流脉动的影响， 反应速率根据Arrhenius公式确定。
涡耗散模型：认为反应速率由湍流控制， 因此避开了代价高昂的Arrhenius化学动力 学计算。
涡耗散概念（EDC）模型：细致的 Arrhenius化学动力学在湍流火焰中合并。 注意详尽的化学动力学计算代价高昂。
选择Species Transport，且选择 Reactions下拉列表中 的Volumetric项。 单击mixture Material 下拉列表中所需的项， 并点击View查看所选择 的物质。
案例1
定义材料：Define→Materials
案例1
案例1
定义反应方程：
在Materials 栏下拉列表中 单击Reaction 选项的 Edition,根据 实际反应填写 各反应参数。