CFX 案例 | 05 管内反应流

先来点儿正能量。最近广州一独臂少年张家城打篮球的视频在网上非常火，作为一名篮球爱好者，除了被他惊艳的球技所震撼之外，更多的是被他刻苦训练、执着追求梦想的精神所激励。

各位看官，先来欣赏下独臂少年行云流水般的运球，这水平绝对超过了99%的篮球业余爱好者。

独臂少年为了追求梦想，刻苦训练，都可以达到如此高的水平，作为身体健全的你又有什么理由不努力奋斗呢！

加油吧少年！

看到这么热血的故事，我就又浑身充满了鸡血，坐在了电脑前，写起了我的公 众号。

今天给大家分享的案例是：利用CFX模拟管道内的反应流。

本文采用CFX 2019 R2演示

1 问题描述

这是一个酸和碱在管道内混合反应的问题，具体的进出口边界和几何尺寸见下图。

△ 几何示意图

这里用到了初中学到的化学反应方程式：

2 前处理

2.1 新建材料

• 定义工作路径，该路径中包含事先准备好的模型文件：ReactorExpressions.ccl、ReactorMesh.gtm，其中ReactorExpression.ccl包含需要用到的与化学反应相关的各种表达式，ReactorMesh.gtm是CFX需要的网格文件。

• 新建一个Case，命名为reactor.cfx

△ 新建Case

• 右击模型树中Mesh，选择Import Mesh→CFX Mesh在弹出的Import Mesh对话框中选择.gtm类型的网格文件，将准备好的ReactorMesh.gtm文件导入CFX-Pre中，显示如下图所示

△ 导入CFX网格文件

• 创建新的材料：硫酸、氢氧化钠、硫酸钠三种溶液。右击模型树Simulation→Materials，选择Insert→Material即可创建新的材料。各材料属性如下列图片所示。

△ 硫酸属性

△ 氢氧化钠属性

△ 产物属性

• 创建混合物流体，包含硫酸、氢氧化钠、硫��钠以及水，设置如下图所示

△ 混合物流体属性

2.2 创建附加变量

• 创建一个附加的变量来表征PH值。右击模型树中Simulation→Expressions，Functions and Variables→Additional Variables，选择Insert→Additional Variable，变量名设置为MixturePH，在Details of MixturePH面板中设置如下图所示。

△ 附加变量MixturePH

2.3 加载反应表达式

• 创建化学反应和计算PH值的表达式。这部分主要包括：创建化学计量比的表达式、创建反应源项和创建计算PH值的表达式，本文主要讲解反应流的仿真过程，同时受篇幅所限，不对反应式的创建做详细讲解，道友们可以到文末获取相应文件。这里我们只需要选择主菜单File→Import→CCL加载ReactorExpressions.ccl文件即可。

2.4 创建计算域

• 编辑Default Domain，删除Fluid and Particle Definitions中的Fluid 1，并创建一个新的Fluid，命名为mixture，具体设置如下图所示

△ 计算域设置

• 创建子区域来表征化学反应。右击模型树Default Domain，选择Insert→Subdomain，命名为Source，设置如下图所示

△ 设置子区域属性

2.5 设置边界条件

• 创建InWater入口边界，设置如下

△ InWater入口边界

• 创建InAcid入口边界，设置如下

△ InAcid入口边界

• 创建InAlkali入口边界，设置如下

△ InAlkali入口边界

• 创建Out出口边界，设置如下

△ Out出口边界

• 创建对称边界sym1、sym2，设置如下

△ 对称边界

2.6 设置初始条件

初始条件的设置如下图所示。

△ 设置初始条件

2.7 求解器设置

如下图所示。

△ 求解器设置

3 计算及后处理

以上步骤完成后，我们就可以保存文件并启动求解器开始计算了。具体操作如下图所示，不出意外会自动启动求解器，然后点击Start Run，就可以开始计算了。

△ 启动求解器

计算完成后，启动CFD-Post进行结果后处理，具体操作略过（主要是因为简单），显示云图如下：

△ 管道内的PH值云图

△ 酸的质量分数云图

△ 碱的质量分数云图

△ 产物的质量分数云图

从云图结果可以看出：到混合管的末端产物的质量分数为0.4265。

至此，管式反应器的仿真过程结束了。