FLUENT气瓶压力热胀冷缩效应模拟

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1 前言

本案例灵感源自现场实验现象，本周冷空气来袭，气温发生了明显的降低。笔者在为发电系统更换气源（气瓶）时，按照以往的常规操作方法，发现新的气瓶换上后，压力在持续缓慢下降，怀疑有泄漏，但是怎么都没找到漏点。当时正值下午，气瓶间开始摆脱太阳光的照射，因此我们怀疑是气温造成的。由于环境温度下降，使得气瓶内的温度下降，根据理想气体状态方程pv=nRT，温度下降对应压力也降低。经过了十几个小时的观察，最终确认是温度影响造成该现象。下图为观察期间的压力变化情况（2020年12月30日20点至次日早上8点）。本案例模拟的是密闭气瓶热胀冷缩对内部压力的影响。

2 建模与网格

建立如下的二维气瓶模型，气瓶内径400mm，壁厚5mm，考虑对称性，只建一半模型。划分全六面体网格，节点数9119，最小正交质量0.66。

3求解设置

开启能量方程。

由于本案例的计算结果对流场不敏感，湍流模型选择默认即可。

气体介质选择甲烷，密度模型选择理想气体（这个设置非常重要）。另外，本案例并不考虑气体本身的温度分布，即采用集总参数思想处理气体温度，因此把导热系数设置成很大值，这样气体的温度就是均匀的（这样设置是为了减小计算量，做了简化）。

气瓶初始温度10℃，气瓶外壁为等温壁面，按照如下的升温速率升温。

DEFINE_PROFILE(mytemp, thread, position){face_t f;real t;t=RP_Get_Real("flow-time");begin_f_loop(f,thread){F_PROFILE(f,thread,position)=283.15+100*t;}end_f_loop(f,thread)}