FLUENT三通混合瞬态冲击

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1 问题描述

本案例来自于如下的设计，一根内径17mm的直管垂直穿插一根内径8mm的支管，直管内走的是甲烷气体，支管走的是空气。甲烷的流量通过上游的质量流量控制器来控制，稳定状态下，甲烷的流速为11.9548m/s，空气的流速为2m/s。某一时刻空气的流速在0.5s内从2m/s激增到10m/s，然后又在0.5s内从10m/s降低到2m/s。需要分析这个瞬态对出口甲烷浓度的影响。

2 边界设置

显然，本案例的支管空气入口采用速度边界即可，用profile在定义瞬态速度。而对于甲烷入口，可以设定为速度入口或者压力入口。如果采用速度入口，那么表示上游的质量流量控制器在任何时刻都可以将甲烷速度稳定在初始值。显然，控制器的调节需要一定时间。如果选择压力入口，那么上游的空气所具有的总能量（静压+动压）不变，这相当于控制器始终不参与调节（实际上控制器的调节可以等效于通过输入一定能量而改变流动状态），此时的甲烷速度会相应受到影响。

3 计算结果

先计算一下稳定状态下，甲烷入口的压力值。静压47.858716Pa，全压94.347046Pa。

甲烷入口分别采用速度入口边界和压力入口边界，出口的甲烷浓度随时间的变化对比如下。可以看出，采用压力边界，出口的甲烷浓度受冲击影响更大；采用速度边界，也可理解为刚性边界，出口的甲烷浓度受冲击影响最小。因此，实际上出口的甲烷浓度变化应该处于这两者之间。

来源：仿真与工程

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首次发布时间：2023-07-05