midas NFX是集结构、热、流体和优化设计于一体的有限元仿真分析软件,而midas NFX CFD则是其中计算流体动力学求解器高级模块。它采用独特的有限单元法(FEM)进行编程,在midas NFX 程序中搭配结构求解器组成一体化的图形用户界面(GUI),并提供全中文界面。是一款简单易学,易上手,并且实用的 CFD 软件。
近年来,我国石油化工行业的安全形势依然严峻。虽然发生爆炸的概率非常低,但是一旦发生爆炸,对周边设施及建筑物的损坏通常是非常严重的。因此,需要更精细的方法来研究爆炸发生后对建筑物的破坏程度,从而指导设计加固。
本案例模拟在一密闭空间,内部一爆炸源发生爆炸后在空气中传播的过程。
为了与fluent对比,采用和网上案例一致的模型。
https://b23.tv/fbZHsol
几何图形如上,采用对称模型,只需建一半即可。采用四边形网格,网格尺寸5mm,网格数量4万个。将左下角半径0.275m内的单元放入新建网格组,作为爆炸源单元。空气材料采用理想气体模型。
因为是密闭空间,所以选择四周定义壁面,中间为对称边。没有出、入口,所有能量来源于爆炸点。
壁面选择默认或者无滑移均可
添加瞬态分析工况,各参数如下:
1、采用理想气体材料时必须勾选流体传热。
2、单独定义爆炸源处的初始压强和温度。
3、参考案例里面采用的是无粘(即不考虑湍流),所以采用层流模型。
4、打开输出控制,勾选想要查看的所有结果。参考案例使用双精度,此处保持一致。
5、修改CFD分析设置的求解器类型为基于密度的可压缩。
1、打开镜像平面,镜像轴为X=0m。
2、双击树形菜单任意项目,查看结果。可右键导入更多分析结果。
2、静压力结果对比(fluent结果来自参考案例)
3、速度结果对比(fluent结果来自参考案例)
众所周知,在一般的不可压缩流分析中,对于开放边界我们通常采用压力出口(静压=0)即可。但是,对于高速可压缩流分析,例如,飞行器的绕流问题。当来流马赫数超过跨音速区下界(约Ma=0.7~0.8)的时候,流场中就会出现激波、膨胀波等流动现象。
对于实际的飞行器来说,它是在天空中飞行的,通常来说边界(地面)离飞行器非常远,从飞行器发出的激波到达地面的时候,已经由于粘性耗散的作用变得非常微弱。因此,可以认为实际的飞行器是在无限大的空间中飞行的,从飞行器发出的激波、膨胀波不会被反射回来。
但是,在数值计算中,边界只能放置在有限远的地方。当激波和膨胀波延伸到计算域的边界的时候,如果边界条件处理不当,就会在边界产生反射现象,这种反射是不符合实际的。远场边界条件正是为了解决这个矛盾而设计的。更详细解释,可参考文章
fluent的“压力远场边界”是什么东西?
使用出口边界,仍有可能产生反射
远场来流为大气压无速度,Ma=0。温度等于环境温度。
远场边界下,冲击波的传播没有反射。
远场边界压力云图
远场边界速度云图
远场边界流线图
大涡模拟LES-远场边界-压力云图
假设爆炸源为一普通油罐车,爆炸时压力约为15个大气压(15*101325Pa=1519875Pa),温度为2000℃(此数据来源于网络资料)。
浙江液化气槽罐车,爆炸威力有多大
建筑物承受的冲击波压力(1~6kPa)
钢材应力