FLUENT密闭空间氢气泄漏扩散模拟

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1 前言

从事氢能相关工作已一年由于，因此本号发布了不少相关的案例，如氢气对流扩散、氢气爆炸、固体氧化物燃料电池（SOFC）模拟，感兴趣的读者可以查看历史消息。需要说明的是，本号发布的案例都不会采用工作中真实的数据或者将计算信息进行了处理。这段时间笔者工作受托做一个密闭空间氢气泄漏扩散的仿真模拟，因此算是写了好几个氢气泄漏的案例了。今天的案例数据来源于2018年发表在《I N T E R N A T I O N A L J O U R N A L O F H Y D R O G E N E N E R G Y》的一篇文章，其内容是对密闭空间的氢气泄漏进行的实验研究。

2 建模与网格

建立一个0.47×0.33×0.2的方形密闭空间，上部有一个直径为4mm的氢气喷放孔，坐标为（0.17，0.165，0.2），氢气喷放量为6Nm³/h，喷放方向垂直向下，喷放持续时间1s。对计算域划分六面体网格，节点数约为72万。

3 求解设置

根据实验条件，氢气的雷诺数为4975，流动状态为湍流，本案例采用RNG k-e湍流模型，并考虑完全浮力影响。

开启能量方程。

开启组分输运模型，进行如下设置，重点注意要将密度设置成理想气体模型。根据菲克定律，标准状态下氢气在空气中的扩散系数为6.49e-5m²/s。

设置重力选项，并将操作密度设置为0（必须如此设置，否则软件将出现警告提示）。

设置喷放口边界条件为质量流量，实验采用的是标况流量，因此对于本案例采用质量流量边界更为合适。由于喷放时间为1s，因此采用UDF进行设置，同样对于组分边界亦是如此。UDF代码如下：

#include "udf.h"#include "udf.h"DEFINE_PROFILE(inlet_velocity, thread, position){real t,v;face_t f;begin_f_loop(f,thread){t=RP_Get_Real("flow-time");v=0.0899*6/3600;if(t<=1)F_PROFILE(f,thread,position)=v;elseF_PROFILE(f,thread,position)=0.0;}end_f_loop(f,thread)}
DEFINE_PROFILE(inlet_h2molar, thread, position){real t,h;face_t f;begin_f_loop(f,thread){t=RP_Get_Real("flow-time");h=1.;if(t<=1)F_PROFILE(f,thread,position)=h;elseF_PROFILE(f,thread,position)=0.0;}end_f_loop(f,thread)}