fluent 用于大气污染扩散的数值模拟

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1、后勤T程学2文章编号：1672—7843(2005)02—0023—04FLUENT用于大气污染扩散的数值模拟许雅娟，罗挺(后勤工程学院后勤信息工程系，重庆400016)摘要从模型建立、网格生成、基本方程及附加模型几个方面叙述了FLUENT求解大气污染扩散问题的步骤。在此基础上对模拟计算中初始边界条件的设定、收敛性与稳定性、模型后处理等问题作出分析，并以FLUENT对典型工业园区大气污染扩散过程的数值模拟为例证明了FLUENT解决大气污染扩散问题的适用性，为解决此类问题提供参考。关键词FLUENT；大气污染扩散；数值模拟中图分类号：X5

2、ll文献标识码：A大气污染扩散是湍流问题，研究湍流问题有3种方法：实验方法、分析方法和数值模拟方法¨。与实验方法相比，利用数值模拟方法研究大气湍流，省却了大量复杂的实验准备工作，节约了实验设备的投资，排除了实验方法的不确定因素，具有经济、高效的特点。相比于分析方法而言，数值模拟方法能够求解更为复杂的流动问题，可视化的流场模拟结果更加直观，不仅仅停留在理论分析的层次。利用计算流体力学(computationalfluiddynamics，CFD)商业软件对大气湍流进行数值模拟，在秉承数值模拟方法优点的同时回避了编程工作的复杂性，是研究大气

3、湍流的有力工具。1FLUENT用于大气污染扩散模拟的适用性1．1FLUENT在大气污染方面的应用在大气污染扩散方面，FLUENT有很多成功的应用案例。主要包括污染物扩散的数值模拟，电厂冷却塔烟羽扩散模式研究，化学实验室烟羽扩散模拟，烟羽轨迹跟踪等。此外，在污染控制方面，FLUENT可用于模拟袋滤室、旋风除尘器、电除尘器、烟气脱硫设备、有毒气体排放、SO洗涤、颗粒物洗涤、工业污染排放等过程和设备的模拟等。1．2FLUENT功能简介FLUENT6．0计算求解器采用完全的非结构化网格和控制体积法。作为一个通用求解器，适用于低速不可压流动、跨音

4、速流动乃至可压缩性强的超音速和高超声速流动等各种复杂的流场。FLUENT丰富的物理模型使得用户能够精确地模拟无粘流、层流、湍流、化学反应、多相流等其它复杂的流动现象。FLUENT可模拟的流动类型包括：不可压或可压流动、无粘，层流和湍流、牛顿流或非牛顿流、对流热传导(包括自然对流和强迫对流)、耦合热传导和对流、辐射热传导模型、惯性坐标系及非惯性坐标系模型、化学组分混合和反应(包括燃烧子模型和表面沉积反应模型)、多重运动参考框架(包括滑动网格界面)、热，质量，动量，湍流和化学组分的控制体源、多孔流动、离散相(粒子、液滴、气泡)的拉格朗日轨迹

5、计算，与连续相的耦合、两相流、复杂外形的自由表面流动。2FLUENT的求解步骤利用数值方法求解流体问题，需要遵循数值模拟方法的求解步骤。对于FLUENT而言，其求解收稿日期：2005—01—28基金项目：重庆市自然科学基金资助项目(合同编号：8123)作者简介：许雅娟(1971一)，女，陕西省挟风人，硕士生，主要从事计算机装置与控制研究。过程如图1所示。图1FLUENT的求解步骤在以上求解步骤中，某些关键步骤直接决定能否得到真实的模拟结果，以下着重对建立模型及创建网格、解的格式、基本方程及附加模型几个方面进行分析。2．1建立模型及创建网

6、格首先要建立模拟对象，即将实际的模拟区域抽象为模型，使之能为FLUENT识别。该项工作可由FLUENT自带的前处理软件GAMBIT完成。GAMBIT软件是面向CFD的前处理器软件，它包含全面的几何建模能力和功能强大的网格划分工具，可以划分出包含边界层等CFD特殊要求的高质量的网格。网格生成技术是计算流体力学(CFD)发展的一个重要分支，在CFD高度发展的美国，网格生成所需的人力时间占计算任务全部人力时间的60％。因此将CFD技术进一步推向工程应用，首先必须完善网格生成技术J。结构化网格与非结构化网格的区别在于：结构化网格易于生成，在流动

7、方向与网格边界平行的条件下，结构化网格能够获得较快的收敛速度。对于几何形体较为复杂的模拟对象，由于非结构化网格的灵活性，可以用较小的网格数量实现网格化过程。对于三维计算而言，在同样的网格精度要求下，对同一几何体进行网格化，结构化网格的数量要远大于非结构化网格的数量。2．2解的格式FLUENT提供三种不同的求解器算法(代数方程的线性化方法和求解方法)：分离算法(segrega—ted)、耦合隐式算法(coupledimplicit)、耦合显式算法(coupledexplicit)。分离算法和耦合算法的区别在于连续方程、动量方程、能量方程和

8、传质方程的求解方式：分离求解器顺序(分离)求解这些方程，而耦合求解器同时(耦合)求解这些方程。两种算法都对求解附加标量(如：湍流量或辐射量)的方程进行顺序计算。分离求解器是先前的FLUENT4和FLUENT