FLUENT压缩空气罐排放过程模拟
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1 前言
压缩空气罐在排放过程中内部压力和空气密度逐渐下降，最终和外界大气压一致，这个过程可以用FLUENT来模拟，今天我们提供这样一个案例供交流参考。
2 建模及网格
建立一个外径1m，高度1m的压缩空气罐，内部空气初始压力1000Pa（表压），温度398.15K。顶部正中间有一个直径10mm的排放孔，外部环境为标准大气压，空气从排放孔排放至外部。几何模型可以简化为二维轴对称模型，如下图，对排放孔位置的网格进行细化处理。
3 求解设置
打开二维轴对称模型Axisymmetric，我们考察的是空气排放的过程，因此需要用瞬态求解器，如果用稳态求解那么所有结果都是0，因为压缩空气罐最终稳态就和外界环境一样了。
空气的密度采用理想气体模型，这一个设置很重要，决定了气罐内部的空气参数采用理想气体方程Pv=nRT来求解，其他的物性采用默认设置。
采用理想气体模型，能量方程会自动打开，因为要求解温度。
采用RKe湍流模型，设置采用默认值。
排放口边界设置为压力出口边界，压力（表压）为0，温度298.15K。
为了对排放过程进行实时监测，我们设置4个监视器，分别监视出口平均速度、质量流量，气罐内的平均压力和平均密度。
初始化，注意将初始压力设置成1000Pa。
设置迭代时间步长0.001s，开始迭代计算，迭代残差按默认设置即可。
4 计算结果
我们看一下迭代残差曲线，收敛性很好。
排放口的速度变化曲线如下，初始速度达到28m/s，随后接近直线下降约4.5s至0m/s，也就是说4.5s后内部空气排尽。
再看一下排放孔的质量流量曲线，也是近乎直线降低（负号表示气体流出计算域）。
我们再看一下气罐的压力曲线，刚开始降压速度较快，后续趋于平缓，4.5s后内部空气排尽，压力将为0。
再看一下内部空气的平均密度变化曲线，变化趋势和压力相同。我们可以从空气物性表查取1000Pa表压，25℃的空气的密度约为1.1964kg/m3，表压0Pa，25℃的空气密度约为1.1846 kg/m3，与FLUENT的计算结果相当接近。
最后，我们读取最初时刻和最终时刻的气罐空气质量值，可以看出一共排出6.569g空气，也可以对排放过程的出口质量流量和时间曲线进行积分求得6.6589g。这个积分计算很简单，只需要把曲线导出到EXCEL，将曲线上的各个点乘以时间步长0.001s再全部相加即可。
