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CFX 案例 | 05 管内反应流

5月前浏览14213

本文摘要(由AI生成):


本文介绍了利用CFX模拟管道内酸和碱混合反应的过程。通过前处理步骤,包括新建材料、创建附加变量、加载反应表达式、创建计算域、设置边界条件和初始条件以及求解器设置,完成了仿真模型的搭建。计算完成后,通过后处理展示了管道内PH值、酸、碱及产物质量分数的云图,并得出结论:到混合管末端产物质量分数为0.4265。本文旨在分享流体仿真经验,欢迎交流共同进步。


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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:

image.png

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。



CFD工程师一枚,拥有丰富的流体仿真工程经验。
在这里记录自己的学习、成长过程,也分享关于CFD学习的一点个人经验,我说的可能都是错的,欢迎各路英雄好汉前来闲谈交流,期待与你共同进步。
喜欢我就关注吧!不喜不要勉强自己~毕竟世界这么大,何必在我这浪费时间~



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内容简介:模型算例

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首次发布时间:2020-08-01
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