Nghiên cứu và ứng dụng phần mềm fluent 6.3 trong tính toán mô phỏng động cơ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPNGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG PHẦN MỀM FLUENT TRONG TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ MỤC LỤCNội dung TrangTrang bìa INhiệm vụ đồ án tốt nghiệpIILời cảm ơnIIINhận xét của giáo viên hướng dẫnIVNhận xét của giáo viên phản biệnVMục lụcVILời nói đầuVIINội dungVIIIMỞ ĐẦU……………………………………………………………………………….11.Lý do chọn đề tài………………………………………………………………...12.Mục tiêu, nhiệm vụ và phạm vi nghiên cứu……………………………………..1 3. Phương pháp nghiên cứu………………………………………………………...2 4. Các bước thực hiện………………………………………………………………2 5. Kế hoạch nghiên cứu…………………………………………………………….2CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM FLUENT 6.3 VÀ GAMBIT 2.3……….31.1GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM……………………………...3 1.1.1 Giới thiệu về phần mềm Fluent 6.3………………………………………...3 1.1.2 Giới thiệu phần mềm Gambit 2.3…………………………………………..51.2 GIỚI THIỆU CÁC NHÓM PHẦN TỬ TRONG PHẦN MỀM…………….7 1.2.1 Giới thiệu các nhóm phần tử trong GAMBIT 2.3………………………….7 1.2.2 Giới thiệu các nhóm phần tử trong FLUENT 6.3…………………………13CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA MÔ PHỎNG………………………… 21 2.1 SƠ ĐỒ KHỐI VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA MÔ PHỎNG.....................21 2.1.1 Sơ đồ khối của phương pháp mô phỏng......................................................21 2.1.2 Cơ sở lý thuyết của phương pháp mô phỏng...............................................21 2.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHIA LƯỚI VÀ ĐIỀU KIỆN TÍNH TOÁN...........25 2.2.1 Cơ sở lý thuyết chia lưới.............................................................................25 2.2.2 Điều kiện tính toán......................................................................................26CHƯƠNG 3: TRÌNH TỰ MÔ PHỎNG VÀ XUẤT KẾT QUẢ.............................27 3. TRÌNH TỰ CÁC BƯỚC TRONG GAMBIT 2.3 VÀ FLUENT 6.3..................27 3.1 Vẽ mô hình và tạo lưới trong GAMBIT 2.3......................................................27 3.1.1 Vẽ mô hình.................................................................................................27 3.1.2 Tạo lưới cho mô hình.................................................................................30 3.2 Các bước để mô phỏng trong FLUENT 6.3.....................................................33 4. NHẬN XÉT VỀ PHẦN MỀM FLUENT 6.3 VÀ GAMBIT 2.3……………….49 5. HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI………………………………………….50LỜI NÓI ĐẦU Trong những năm gần đây, công nghiệp ô tô đã có những sự thay đổi lớn lao. Đặc biệt là động cơ, từ chỗ phun xăng bằng bộ chế hòa khí cho đến phun xăng điện tử, từ chỗ nhiên liệu sử dụng là xăng và diezel cho đến những nhiên liệu mới như biogas, hidro, hỗn hợp hidrocacbon nhẹ (propan và butan)…Những thay đổi trên nhằm tăng công suất động cơ, giảm tiêu hao nhiên liệu, giảm độ độc hại của khí thải, tìm nguồn nhiên liệu mới thay thế cho nguồn nhiên liệu sắp bị cạn kiệt… Để có những sự thay đổi như vậy những kĩ sư, những nhà khoa học luôn tìm cách tính toán hình dáng, cấu tạo các chi tiết của động cơ sao cho tối ưu nhất. Việc tính toán thiết kế cần phải có những phần mềm mô phỏng để nâng cao hiệu suất và hiệu quả trong công việc. Một trong những phần mềm đáp ứng được những yêu cầu trên là phần mềm mô phỏng Fluent. Phần mềm có thể mô phỏng 2D, 3D dòng chảy trong ống áp lực, sự hòa trộn hỗn hợp trong đường ống phân phối, mô phỏng dòng khí chuyển động trong xe của hệ thống điều hòa…Và đặt biệt Fluent tương đối dễ sử dụng. Trong đề tài này chúng tôi nghiên cứu về chức năng và mô tả các nút lệnh của phần mềm Fluent và phần mềm đồ họa Gambit (phần mềm xây dựng mô hình hình học và tạo lưới của Fluent ) để cho những người mới bắt đầu nghiên cứu về phần mềm có thể tìm hiểu một cách dễ dàng. Một ví dụ mô phỏng 2D về sự hòa trộn của biogas và không khí trong một đường ống phân phối, ví dụ này xuất kết quả là sự mô phỏng vận tốc, nhiệt độ, áp suất, mật độ trong đường ống, từ đó ta có thể thiết kế cấu tạo đường ống phân phối sao cho tối ưu nhất. Đề tài là những kiến thức cơ bản về phần mềm mô phỏng Fluent .Vì vậy việc ứng dụng đề tài này là rất hữu ích làm nền tảng kiến thức ban đầu cho những sinh viên,những kĩ sư tính toán thiết kế các chi tiết của động cơ bằng phần mềm mô phỏng Fluent. Chúng tôi xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Văn Long Giang Khoa Cơ Khí Động Lực Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM đã tận tình giúp đỡ nhóm trong quá trình nghiên cứu. Rất mong nhận được ý kiến đóng góp của các thầy (cô) và bạn đọc.MỞ ĐẦU1.Lý do chọn đề tài : Theo chủ trương mới của Nhà nước về nâng cao chất lượng giáo dục, đổi mới phương pháp dạy và học. Việc giảng dạy cần có những hình ảnh minh họa, để tăng khả năng truyền đạt và kích thích tính tự học của sinh viên. Trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM luôn chú trọng đến việc trang bị ngoài các thiết bị máy móc, còn có nhiều phần mềm khác... để có thể giúp sinh viên hiểu rõ, phát huy tính sáng tạo, sự đam mê nghiên cứu khoa học của giáo viên và sinh viên trong trường Ngày nay với việc mô phỏng sự chuyển động các dòng khí, sự hòa trộn hỗn hợp…là sự quan tâm rất lớn của khoa Cơ Khí Động Lực đặc biệt là bộ mô Động Cơ. Tuy cũng có nhiều phần mềm có thể mô phỏng được, nhưng tất cả các phần mềm đó chưa thật sự đem lại hiệu quả, cũng như sự đa dạng và phong phú Xuất phát từ những yêu cầu đó, đề tài “ Nghiên cứu và ứng dụng phần mềm Fluent trong tính toán mô phỏng động cơ ” đã được thực hiện. Nhằm giúp cho sinh viên có thể quan sát hình ảnh trực quan, và đặc biệt sinh động hơn đối với mô phỏng dạng 3D.2.Mục tiêu, nhiệm vụ và phạm vi nghiên cứu: Mục tiêu nghiên cứu: Nhằm phục vụ cho công tác giảng dạy và tạo điều kiện thuận lợi để khơi dậy niềm đam mê nghiên cứu cho các bạn sinh viên.Giúp cho sinh viên ứng dụng ngay bài học lý thuyết vào bài học thực hành.Sinh viên có điều kiện quan sát hình ảnh một cách trực quanGóp phần hiện đại hóa phương pháp dạy học trong giáo dụcđào tạo. Nhiệm vụ:Nghiên cứu phần mềm Gambit 2.3 và Fluent 6.3Vẽ mô hình cần mô phỏng trong Gambit 2.3Tiến hành mô phỏng trong Fluent 6.3 Phạm vi nghiên cứu:Đề tài chỉ mô phỏng quá trình hòa trộn Biogas và không khí ở dạng 2D3.Phương pháp nghiên cứu : Để đề tài được hoàn thành chúng tôi đã kết hợp nhiều phương pháp nghiên cứu. Trong đó đặc biệt là phương pháp tham khảo tài liệu, thu thập các thông tin liên quan và học hỏi từ thầy hướng dẫn...từ đó tìm ra các ý tưởng mới để hoàn thành đề tài. Song song với nó, chúng tôi còn kết hợp cả phương pháp quan sát để hình ảnh mô phỏng được chính xác hơn. 4. Các bước thực hiện:Tham khảo tài liệuNghiên cứu chức năng và nhiệm vụ các thanh công cụ của Gambit 2.3 và Fluent 6.3Vẽ mô hình trong GambitChia lưới trong GambitĐặt các điều kiện bài toán trong FluentXuất kết quả mô phỏng5.Kế hoạch nghiên cứu: Đề tài được thực hiện trong 10 tuần, các công việc được bố trí như sau: Giai đoạn 1: Gồm 7 tuầnThu thập tài liệu, xác định nhiệm vụ, đối tượng, mục tiêu nghiên cứuVẽ mô hình, chia lưới và tiến hành mô phỏng Giai đoạn 2: Gồm 3 tuầnViết thuyết minhChỉnh sửa và hoàn thiện đề tài.Nghiên cứu phần mềm fluent 6.3 trong tính toán mô phỏng động cơ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HỒ CHÍ MINH

NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG PHẦN MỀM FLUENT

TRONG TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ

GVHD : Th.S NGUYỄN VĂN LONG GIANG GVPB : Th.S NGUYỄN TẤN QUỐC SVTH : NGUYỄN VĂN HẢI : 08105034 NGUYỄN CÔNG VƯƠNG : 08105150

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2012TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

i

NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG PHẦN MỀM FLUENT TRONG

TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ

Sinh viên thực hiện:

2 NGUYỄN CÔNG VƯƠNG MSSV: 08105150

Giảng viên hướng dẫn: NGUYỄN VĂN LONG GIANG - 1205

I NỘI DUNG:

 Nghiên cứu phần mềm Fluent 6.3 và Gambit 2.3.

 Ứng dụng phần mềm Fluent trong tính toán mô phỏng động cơ: Mô phỏng sự hòa trộn của biogas và không khí trong đường ống nạp.

II.TÀI LIỆU THAM KHẢO:

Giáo viên hướng dẫn

Nguyễn Văn Long Giang

LỜI CẢM ƠN !

ii

Trong thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp tại trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM, nhờ sự tận tình hướng dẫn, giúp đỡ của các thầy, cô , đồ án đã hoàn thành tốt Chúng tôi xin chân thành cảm sâu sắc đến:

- Tất cả các Thầy, Cô Khoa Cơ Khí Động Lực Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM

đã bồi dưỡng kiến thức, trau dồi kỹ năng thực hành, đồng thời rèn luyện nhân cách cho chúng tôi trong những năm học dưới mái trường này.

- Thầy Nguyễn Văn Long Giang, Thầy đã dành nhiều thời gian tận tình hướng dẫn và đóng góp những ý kiến quý báu cho đồ án tốt nghiệp.

- Toàn thể Gia đình và Bạn bè đã luôn động viên, giúp đỡ chúng tôi trong học tập và trong cuộc sống.

MỤC LỤC

Trang bìa I Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp II Lời cảm ơn III Nhận xét của giáo viên hướng dẫn IV Nhận xét của giáo viên phản biện V Mục lục VI Lời nói đầu VII Nội dung VIII

MỞ ĐẦU……….1

1 Lý do chọn đề tài……… 1

2 Mục tiêu, nhiệm vụ và phạm vi nghiên cứu……… 1

3 Phương pháp nghiên cứu……… 2

4 Các bước thực hiện………2

5 Kế hoạch nghiên cứu……….2

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM FLUENT 6.3 VÀ GAMBIT 2.3……….3

1.1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM……… 3

1.1.1 Giới thiệu về phần mềm Fluent 6.3……… 3

1.1.2 Giới thiệu phần mềm Gambit 2.3……… 5

1.2 GIỚI THIỆU CÁC NHÓM PHẦN TỬ TRONG PHẦN MỀM……….7

1.2.1 Giới thiệu các nhóm phần tử trong GAMBIT 2.3……….7

1.2.2 Giới thiệu các nhóm phần tử trong FLUENT 6.3………13

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA MÔ PHỎNG……… 21

2.1 SƠ ĐỒ KHỐI VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA MÔ PHỎNG 21

2.1.1 Sơ đồ khối của phương pháp mô phỏng 21

2.1.2 Cơ sở lý thuyết của phương pháp mô phỏng 21

2.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHIA LƯỚI VÀ ĐIỀU KIỆN TÍNH TOÁN 25

2.2.1 Cơ sở lý thuyết chia lưới 25

iv

2.2.2 Điều kiện tính toán 26

CHƯƠNG 3: TRÌNH TỰ MÔ PHỎNG VÀ XUẤT KẾT QUẢ 27

3 TRÌNH TỰ CÁC BƯỚC TRONG GAMBIT 2.3 VÀ FLUENT 6.3 27

3.1 Vẽ mô hình và tạo lưới trong GAMBIT 2.3 27

3.1.1 Vẽ mô hình 27

3.1.2 Tạo lưới cho mô hình 30

3.2 Các bước để mô phỏng trong FLUENT 6.3 33

4 NHẬN XÉT VỀ PHẦN MỀM FLUENT 6.3 VÀ GAMBIT 2.3……….49

5 HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI……….50

Kết luận Tài liệu tham khảo

v

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây, công nghiệp ô tô đã có những sự thay đổi lớn lao Đặc biệt làđộng cơ, từ chỗ phun xăng bằng bộ chế hòa khí cho đến phun xăng điện tử, từ chỗ nhiên liệu sửdụng là xăng và diezel cho đến những nhiên liệu mới như biogas, hidro, hỗn hợp hidrocacbon nhẹ(propan và butan)…Những thay đổi trên nhằm tăng công suất động cơ, giảm tiêu hao nhiên liệu,giảm độ độc hại của khí thải, tìm nguồn nhiên liệu mới thay thế cho nguồn nhiên liệu sắp bị cạnkiệt…

Để có những sự thay đổi như vậy những kĩ sư, những nhà khoa học luôn tìm cách tính toánhình dáng, cấu tạo các chi tiết của động cơ sao cho tối ưu nhất Việc tính toán thiết kế cần phải cónhững phần mềm mô phỏng để nâng cao hiệu suất và hiệu quả trong công việc Một trong nhữngphần mềm đáp ứng được những yêu cầu trên là phần mềm mô phỏng Fluent Phần mềm có thể môphỏng 2D, 3D dòng chảy trong ống áp lực, sự hòa trộn hỗn hợp trong đường ống phân phối, môphỏng dòng khí chuyển động trong xe của hệ thống điều hòa…Và đặt biệt Fluent tương đối dễ sửdụng

Trong đề tài này chúng tôi nghiên cứu về chức năng và mô tả các nút lệnh của phần mềmFluent và phần mềm đồ họa Gambit (phần mềm xây dựng mô hình hình học và tạo lưới của Fluent )

để cho những người mới bắt đầu nghiên cứu về phần mềm có thể tìm hiểu một cách dễ dàng Một ví

dụ mô phỏng 2D về sự hòa trộn của biogas và không khí trong một đường ống phân phối, ví dụ nàyxuất kết quả là sự mô phỏng vận tốc, nhiệt độ, áp suất, mật độ trong đường ống, từ đó ta có thể thiết

kế cấu tạo đường ống phân phối sao cho tối ưu nhất

Đề tài là những kiến thức cơ bản về phần mềm mô phỏng Fluent Vì vậy việc ứng dụng đề tàinày là rất hữu ích làm nền tảng kiến thức ban đầu cho những sinh viên,những kĩ sư tính toán thiết kếcác chi tiết của động cơ bằng phần mềm mô phỏng Fluent

Chúng tôi xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Văn Long Giang Khoa Cơ Khí Động Lực Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM đã tận tình giúp đỡ nhóm trong quá trình nghiên cứu.Rất mong nhận được ý kiến đóng góp của các thầy (cô) và bạn đọc

Nhóm sinh viên thực hiện

vi

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài :

Theo chủ trương mới của Nhà nước về nâng cao chất lượng giáo dục, đổi mới phương pháp dạy

và học Việc giảng dạy cần có những hình ảnh minh họa, để tăng khả năng truyền đạt và kích thíchtính tự học của sinh viên Trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM luôn chú trọng đến việctrang bị ngoài các thiết bị máy móc, còn có nhiều phần mềm khác để có thể giúp sinh viên hiểu rõ,phát huy tính sáng tạo, sự đam mê nghiên cứu khoa học của giáo viên và sinh viên trong trường Ngày nay với việc mô phỏng sự chuyển động các dòng khí, sự hòa trộn hỗn hợp…là sự quantâm rất lớn của khoa Cơ Khí Động Lực đặc biệt là bộ mô Động Cơ Tuy cũng có nhiều phần mềm

có thể mô phỏng được, nhưng tất cả các phần mềm đó chưa thật sự đem lại hiệu quả, cũng như sự

đa dạng và phong phú

Xuất phát từ những yêu cầu đó, đề tài “ Nghiên cứu và ứng dụng phần mềm Fluent trong tínhtoán mô phỏng động cơ ” đã được thực hiện Nhằm giúp cho sinh viên có thể quan sát hình ảnh trựcquan, và đặc biệt sinh động hơn đối với mô phỏng dạng 3D

2 Mục tiêu, nhiệm vụ và phạm vi nghiên cứu:

 Mục tiêu nghiên cứu:

- Nhằm phục vụ cho công tác giảng dạy và tạo điều kiện thuận lợi để khơi dậy niềm đam mênghiên cứu cho các bạn sinh viên

- Giúp cho sinh viên ứng dụng ngay bài học lý thuyết vào bài học thực hành

- Sinh viên có điều kiện quan sát hình ảnh một cách trực quan

- Góp phần hiện đại hóa phương pháp dạy học trong giáo dục-đào tạo

 Nhiệm vụ:

- Nghiên cứu phần mềm Gambit 2.3 và Fluent 6.3

- Vẽ mô hình cần mô phỏng trong Gambit 2.3

- Tiến hành mô phỏng trong Fluent 6.3

vii

 Phạm vi nghiên cứu:

- Đề tài chỉ mô phỏng quá trình hòa trộn Biogas và không khí ở dạng 2D

3 Phương pháp nghiên cứu :

Để đề tài được hoàn thành chúng tôi đã kết hợp nhiều phương pháp nghiên cứu Trong đóđặc biệt là phương pháp tham khảo tài liệu, thu thập các thông tin liên quan và học hỏi từ thầyhướng dẫn từ đó tìm ra các ý tưởng mới để hoàn thành đề tài Song song với nó, chúng tôi còn kếthợp cả phương pháp quan sát để hình ảnh mô phỏng được chính xác hơn

4 Các bước thực hiện:

 Tham khảo tài liệu

 Nghiên cứu chức năng và nhiệm vụ các thanh công cụ của Gambit 2.3 và Fluent 6.3

 Vẽ mô hình trong Gambit

 Chia lưới trong Gambit

 Đặt các điều kiện bài toán trong Fluent

 Xuất kết quả mô phỏng

5 Kế hoạch nghiên cứu:

Đề tài được thực hiện trong 10 tuần, các công việc được bố trí như sau:

Giai đoạn 1: Gồm 7 tuần

 Thu thập tài liệu, xác định nhiệm vụ, đối tượng, mục tiêu nghiên cứu

 Vẽ mô hình, chia lưới và tiến hành mô phỏng

Giai đoạn 2: Gồm 3 tuần

 Viết thuyết minh

 Chỉnh sửa và hoàn thiện đề tài

viii

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM FLUENT 6.3 VÀ GAMBIT 2.3

1.1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM :

1.1.1 Giới thiệu về phần mềm Fluent 6.3

FLUENT là phần mềm được ứng dụng rộng rãi khắp trong mọi lĩnh vực công nghiệp như sự

cháy trong lò, từ thiết kế phòng sạch đến các nhà máy xử lý nước thải và có khả năng mô hình hóacác đặc tính vật lý cho mô hình dòng chảy chất lưu, rối, trao đổi nhiệt Phần mềm có khả năng môhình hóa động cơ xylanh, thiết bị tuốc-bin, và hệ thống đa pha

Ngày nay, hàng ngàn công ty trên toàn thế giới đã thành công từ việc sử dụng những công cụ

thiết kế và phân tích quan trọng này, được mở rộng bởi khả năng tương tác đa môi trường khiếnphần mềm trở thành công cụ được sử dụng phổ biến hơn.Với sự nổi tiếng về sự thân thiện và mạnh

mẽ, FLUENT rất dễ sử dụng đối với người mới bắt đầu để nâng cao năng suất và hiệu quả trongcông việc Đối với các kỹ sư cơ khí, kỹ sư thuỷ điện nếu tiếp cận được chương trình này sẽ môphỏng được dòng chảy trong tuốc-bin, dòng chảy trong đường ống áp lực rất tốt Nó là cầu nối giữathí nghiệm mô hình và lý thuyết thông qua máy tính, giúp chúng ta hiểu rõ hơn quá trình vận độngcủa dòng chảy và sự tương tác trong lý thuyết cơ học chất lỏng, chất khí

a Các tính năng đặc trưng của phần mềm:

+ Khả năng tạo lưới đa dạng:

FLUENT sử dụng công nghệ lưới không cấu trúc, nghĩa là lưới có thể bao gồm các phần tử ởcác hình dạng khác nhau như lưới tứ giác và tam giác cho mô phỏng 2D và lưới lục diện, tứ diện,

đa diện, lăng trụ và kim tự tháp cho mô phỏng 3D.Nhờ tính đa dạng nên Fluent luôn cho kết quảchính xác

+ Truyền nhiệt, chuyển pha và bức xạ:

Truyền nhiệt thường đi kèm với nhiều dòng chảy và FLUENT đề xuất một chuỗi giải pháp

toàn diện cho các phương thức truyền nhiệt: dẫn nhiệt, đối lưu và bức xạ Có khả năng kết hợpvới truyền nhiệt bao gồm mô hình cho lỗ khí, chất lỏng nén được, trao đổi nhiệt, khí và các dòngchảy

ix

+ Động lực học và lưới động:

Trong FLUENT, lưới động có khả năng đáp ứng được các yêu cầu về thay đổi ứng dụng,bao gồm dòng chảy ống, van, và tách lớp trong bình chứa “store separation” Lưới động cũngthích ứng với các mô hình khác bao gồm một chuỗi mô hình nhất dòng phun, mô hình đốt cháy

và mô hình nhiều pha bao gồm mặt tự do và dòng chảy nén được FLUENT cũng cung cấp lướitrượt và các mô hình lưới khác nhau đã được chứng minh qua các hệ thống ống,bơm và các cơ cấumáy móc

+ Xử lý kết quả:

Công cụ xử lý kết quả hay còn gọi là hậu xử lý của FLUENT có thể được dùng để tạo ra mộtgiao diện đồ họa đầy đủ, hoạt hình và báo cáo để ta có một kết quả tốt, trực quan Mặt phẳngbóng và trong suốt, đường dẫn, sơ đồ vectơ, sơ đồ đường bao tùy theo nhu cầu người sử dụngcác đặc trưng mà công cụ hậu xử lý có thể làm được Dữ liệu có thể được xuất ra một gói đồ họathứ ba, hoặc tới một công cụ CAD khác để tiếp tục phân tích

+ Chảy rối và âm học:

Fluent có khả năng giải quyết các mô hình chảy rối, ví dụ như vài phiên bản của mô hình epsilon, mô hình k-omega, và mô hình ứng suất Reynolds (RSM) Ngày nay, cùng với việc máytính ngày càng mạnh, giá thành hạ, làm được mô hình mô phỏng xoáy lớn (LES) là sự lựachọn hấp dẫn cho mô phỏng trong công nghiệp Với âm học, FLUENT có thể tính toán kết quả độ

k-ồn từ dao động với áp suất không ổn định

+ Đa pha:

FLUENT là phần mềm đứng đầu trong công nghệ mô hình đa pha Có nhiều cách khác nhaucho phép các kỹ sư nhìn được bên trong thiết bị thường khó để thăm dò FLUENT sử dụng môhình đa pha Eulerian với các tập hợp riêng rẽ của phương trình chất lỏng để thâm nhập sâu vàochất lỏng hoặc các pha.Mô hình nhiều pha khác nhau cũng đư ợc s ử dụ ng trong FLUENT.Đối với ứng dụng nhiều pha như cánh bơm, chất lỏng có thể được sử dụng

x

+ Dòng phản ứng:

Mô hình phản ứng hóa học, đặc biệt trong điều kiện chảy rối, là một trong các quan tâm đặcbiệt và cũng là đặc trưng ưu việt của phần mềm FLUENT ngay từ khi giai đoạn phần mềm đượchình thành Những mô hình mới của FLUENT như khái niệm tán xoáy, cũng như mô hình chuẩncủa tán xoáy Các mô phỏng loại thể khí, than đá và nhiên liệu xăng cháy có thể được giải quyết.Phần mềm có mô hình để dự báo cho sự hình thành SOx và sự hình thành NOx và sự phá hủy

1.1.2 Giới thiệu phần mềm Gambit 2.3

Phần mềm GAMBIT là môđun xây dựng mô hình hình học và tạo lưới Giao diện đơn củaGAMBIT cho phép đồng thời xây dựng mô hình hình học và tạo lưới Là công cụ tiên tiến chophép chỉnh sửa và chạy lại các phương án đã chạy trước đó cho nghiên cứu tham số hóa.GAMBIT tổ hợp được tính tương thích với CAD, làm sạch mô hình hình học, công cụ phân tích

và công cụ chia lưới, tạo nên một đường dẫn hiệu quả từ CAD tới công cụ chia lưới chuyên dụngcủa CFD,là một công cụ tiên tiến cho các phân tích kỹ thuật, GAMBIT cung cấp một số công cụxây dựng mô hình hình học và chia lưới trong một giao diện thân thiện với người dùng và có tínhtích hợp cao, linh hoạt Với GAMBIT, trong nhiều ứng dụng, thời gian cần thiết cho tiền xử lý cóthể giảm đáng kể Hầu như mọi mô hình có thể xây dựng ngay trong GAMBIT, hoặc nhập vào từbất kỳ CAD/CAE nổi tiếng nào Sử dụng công nghệ phủ hình học ảo và các công cụ làm sạch môhình, mô hình hình học nhập vào nhanh chóng được chuyển đổi vào các miền dòng chảy một cáchphù hợp Một tập hợp các công cụ chia lưới tự động hóa cao theo kích thước phần từ đảm bảo lướitốt nhất có thể cho dù là đó là lưới có cấu trúc, nhiều khối, hoặc không cấu trúc, hay lai tạo Sốlượng đầu đọc CAD phong phú có trong GAMBIT cho phép bạn nhập vào bất cứ mô hình hìnhhọc nào vào trong môi trường chia lưới của nó GAMBIT cũng có công cụ chia lưới tuyệt hảochuyên cho các lớp biên cho phép tối ưu hóa lưới tại các bề mặt các tường ngăn, vỏ để có thể hỗtrợ mô phỏng CFD một cách tốt nhất

+ Các tính năng của phần mềm:

- Dễ sử dụng

Giao diện của GAMBIT tương đối đơn giản, người sử dụng dễ nhận biết, thứ tự sắp xếp hợp

xi

lý GAMBIT cho phép đồng thời xây dựng mô hình hình học và tạo lưới

- Tính tích hợp giữa CAD và CAE:

GAMBIT có thể nhập vào mô hình hình học của hầu như bất kì phần mềm nào dưới địnhdạng Parasolid, ACIS, STEP, IGES hoặc file gốc CATIA V4/V5 Khả năng kết hợp mô hình hìnhhọc tự động tạo nên một mô hình hình học gắn kết trong lúc mô hình được nhập vào Gần đây phầnmềm có khả năng kết nối được với CAD của Solidworks, Pro/ENGINEER, và NXT

- Mô hình hóa nhanh:

GAMBIT cung cấp một tập hợp gọn nhẹ nhưng mạnh mẽ các công cụ mô hình hóa hình học Sửdụng các công cụ này có thể xuất các miền dòng chảy từ hình học nhập vào và có thể phân chiathông qua các toán tử Boole đơn giản

- Làm sạch mô hình CAD:

Công cụ làm sạch bán tự động của GAMBIT có thể sử dụng để chỉnh sửa và chuẩn bị hình họccho công đoạn chia lưới chất lượng cao Lỗ thủng, các mặt trùng nhau, đặc điểm nhỏ, và các gócnhọn, được tìm ra nhanh và các công cụ phong phú cho phép giải quyết mọi vấn đề

- Chia lưới thông minh:

Các bài toán khác nhau yêu cầu kiểu chia lưới khác nhau, và GAMBIT cung cấp cho bạn mọi sựlựa chọn trong một gói phần mềm duy nhất Công cụ chia lưới của GAMBIT cho phép bạn chia môhình hình học thành lưới lục diện có cấu trúc hoặc lưới lục diện một cách tự động Lưới tam giác vàlưới tứ diện có thể tạo độc lập trong cùng một môi trường, cùng với hệ tọa độ Đề Các, lưới hìnhkim tự tháp và các đường bao trong mô hình ghép để chia lưới được tự động phân loại kích thướccho phù hợp với các dạng cong và những lỗ hổng nhỏ GAMBIT xây dựng để tự động chia lưới kếthợp với sự điều khiển của người dùng

1.2 GIỚI THIỆU CÁC NHÓM PHẦN TỬ TRONG PHẦN MỀM

1.2.1 Giới thiệu các nhóm phần tử trong GAMBIT 2.3

xii

A Các nhóm phần tử trong phần mềm:

Khởi động GAMBIT: Start program GAMBIT 2.3

+ Giao diện làm việc chính của GAMBIT 2.3

Hình 1.1 Cửa sổ làm việc của Gambit 2.3

Giao diện trong GAMBIT 2.3 bao gồm thanh menu, thanh Operation, thanh Global control và

Biểu tượng Mô tả

Biểu tượng tạo hình khối

Nhóm hình học

Biểu tượng chia lưới cho biên

Mesh

Biểu tượng chia lưới trên đường

Biểu tượng chia lưới trên mặt

Biểu tượng chia lưới trên hình khối

Biểu tượng chia lưới nhóm hình học

xiv

Tạo ra, sửa đổi, trình bày, những hệ thống tạo độ,

lưới, thước đoTạo ra những hàm điều khiển các phần tử mắt lưới

Tạo ra và đan lưới của những thể tích cùng nhauđại diện vùng luồng bao vây trong turbomachineBiểu tượng xóa các cấu trúc hình học

Tỷ lệ những hiển thị của màn hình phù hợp với những ranh giới

Chỉ định vị trí của trục quay cho chuyển động của mô hình bằng

phương pháp con chuột

B Các lệnh dùng trong quá trình mô phỏng:

Vùng nhập tạo độ điểmVùng đặt tên điểmNhấn APPLY để xác lậpVùng mô tả lệnh

xvi

Biểu tượng tạo đườngMenu các lệnh vẻ đường

Biểu tượng chia lưới

Biểu tượng chia lưới trên đường

Vùng khai báo các thông số của đường được chia

Hình 1.5 Công cụ để chia lưới cho đường

e Phương pháp chia lưới trên mặt

Hình 1.6 Công cụ chia lưới cho mặt

f Phương pháp tạo điều kiện biên và loại vật liệu:

xviii

Biểu tượng tạo điều kiện

biên

Vùng khai báo các thông

số điều kiện biênBiểu tượng khai báo loại

vật liệu

Hình 1.7 Công cụ tạo điều kiện biên và loại vật liệu

g Lưu File

1.2.2 Giới thiệu các nhóm phần tử trong FLUENT 6.3

Khởi động FLUENT: vào Start Program FLUENT Sau đó sẽ xuất hiện bảng như sau:

Trong mục Versions ta sẽ có các chọn lựa :+ 2d(single precision): bộ giải chính xác 2 chiều đơn+2ddp(double precision): bộ giải chính xác 2 chiều, chính xác kép

+3d: bộ giải chính xác 3 chiều đơn+3ddp: giải chính xác 3 chiều, chính xác kép

xix

Trong mục cách thức giải (mode) ta chọn Full Simulation

Sau đó ta nhấn vào Run

+ Giao diện làm việc của FLUENT 6.3 xuất hiện:

Hình 1.8 Giao diện của Fluent 6.3

Trên giao diện sẽ xuất hiện các menu được sắp xếp theo thứ tự các thao tác từ trái qua phải:

a.Menu File:

xx

Hình 1.9 Menu File

- Read: Đọc những file msh được lưu từ GAMBIT, và những file cas, hoặc dat là những kết

quả được lưu trong FLUENT

- Write: Lưu flie FLUENT dạng đuôi cas , dat

- Import: Nhập dữ liệu vào từ các file : ABQUS, ANSYS, GAMBIT, CFX

- Export: Xuất dữ liệu ra các file của : ABQUS, ANSYS imput, ACCII, CFX

- Hardcopy: Xuất kết quả mô phỏng

b Menu Gid: hiển thị, kiểm tra lưới trước khi giải.

xxi

Hình 1.10 Menu Grid

- Check: Kiểm tra lưới

- Info: cho biết tất cả những thông tin của lưới

- Scale, translate, rotate: tỷ lệ, di chuyển, quay lưới

- Smooth/swap: có tác dụng làm nhẳn bề mặt lưới

c Menu Define: định nghĩa tất cả các điều kiện trước khi giải.

Define Model: Các thuật toán dùng mô tả các hiện tượng vật lí

xxii

Hình 1.11 Menu Define

- Model: Định nghĩa mô hình tính toán trong FLUENT

- Material: Định nghĩa thuộc tính vật chất

- Oprating conditions: Chỉ định điều kiện hoạt động ban đầu

- Boundary Conditions: Chỉ định những điều kiện ranh giới hay điều kiện biên của bài toán,các điều kiện cụ thể cho một phương trình vi phân, giúp giới hạn các kết quả ra của phương trình

- Priodic Conditions: định nghĩa điều kiện hoạt động có tính chu kỳ

- Gid interface : Định nghĩa bề mặt trong của lưới

- Units: định nghĩa đơn vị trong tính toán mô phỏng

d Menu Slove: trong menu này ta sẻ trình bày cách giải bài toán.

- Control: điều khiển quá trình giải

- Initialize: khởi đầu quá trình giải

- Monitor: hiển thị kết quả các giá trị vận tốc , các hệ số, cho phép ta có thể in hoặc plot đồthị - một cách hiển thị kết quả trong xử lý kết quả mô phỏng bằng FLUENT

Slove iterate: bắt đầu quá trình giải

xxiii

và dữ liệu số của phương pháp giải.

Ngoài ra, FLUENT cung cấp các công cụ để tạo và quan sát miền lưới được thích ứng tuỳ theocác ứng dụng đặc biệt

xxiv

- Boundary Adapt: biên khảo sát.

- Region: miền khảo sát

- Volume: thể tích lưới

f Menu Suface: trong menu này ta có thể tạo các khu vực, điểm, đường trên mô hình, từ đó ta

có thể lấy các giá trị áp suất, nhiệt độ, vận tốc tại các điểm đó và hiển thị nó ra

Hình 1.14 Menu Surface

g Menu Display: Xuất kết quả mô phỏng dạng hình ảnh, véctơ, lưới

xxv

Hình 1.15 Menu Display

h.Menu plot: xuất kết quả mô phỏng ra dạng đồ thị, biểu đồ, từ đó có thể so sánh với thực

nghiệm bằng việc chồng đồ thị

Ta có thể xuất ra những kết quả các giá trị của áp suất, vận tốc, nhiệt độ, rối loạn trong

mô hình, từ đó ta có thể nhìn thấy trực quan

Hình 1.17 Menu Parallel

Xử lý song song trên máy tính, quá trình xử lý đồng thời sử dụng hơn 1 bộ xử lý hoặc một nhân

xử lý để thực hiện chạy một chương trình hoặc tính toán đa luồng Ý tưởng xử lý song song làm cácchương trình chạy nhanh hơn bởi vì có nhiều phương tiện (Bộ xử lý hoặc nhân) để chạy các chươngtrình đó Trên thực tế, thường khó để chia một chương trình theo cách trên chia bộ vi xử lý và cácnhân có thể thực hiện các phần khác nhau mà không gây cản trở nhau Hầu hết máy tính chỉ có một

bộ vi xử lý, nhưng một vài mô hình có một loạt, và đa nhân xử lý đang ngày càng phổ biến Thậmchí có những máy tính có hàng ngàn bộ xử lý trung tâm

j Menu Help: giúp đỡ trực tuyến trong quá trình mô phỏng

Hình 1.18 Menu Help

xxvii

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA MÔ PHỎNG

2.1 SƠ ĐỒ KHỐI VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG

2.1.1 Sơ đồ khối của phương pháp mô phỏng.

2.1.2 Cơ sở lý thuyết của phương pháp mô phỏng.

+ Cơ sở lý thuyết của dòng rối : Xem dòng không khí và Biogas qua họng là dòng chảy trong ống tròn Ta thấy dòng rối trong

ống tròn gồm 2 bộ phận lõi rối và lớp chảy tầng sát thành, giữa 2 bộ phận có lớp quá độ Trong lõirối các phần tử chuyển động hổn loạn, vận tốc không những thay đổi về trị số mà cò thay đổi cảhướng theo thời gian

Chia lưới 2D, 3D với phần

tử tam giác, tứ diện

GAMBIT

Tạo mô hình

Chia lưới 2D,3D

Chia lưới 2D, 3D

Bài toán rối xuất phát từ hai phương trình cơ bản là phương trình liên tục và phương trình độnglượng

Phương trình trạng thái với chất khí : p =  g R T

 u v, , : ứng suất biến ngang ( ứng suất Reynolds )

Với u’và v’ là các mạch động (chênh lệch giữa vận tốc tức thời và vận tốc trung bình)

Hai phương trình mà có 3 ẩn (u ,v và u v' ' ) do vậy ta phải tìm thêm các phương trình liên quan đểtạo thành hệ phương trình có thể giải được

Trong Fluent hỗ trợ các mô hình rối sau:

- Mô hình Splart-Allmaras

+ Mô hình k-

Mô hình k- tiêu chuẩn

Mô hình k- thường hoá ( RNG )

xxix

Mô hình k- giản hoá

+ Mô hình xoáy lớn ( LES )

Tuy nhiên không thể áp dụng một mô hình rối cho tất cả các bài toán, mỗi mô hình rối chỉ cho kếtquả đúng trong một số trường hợp nhất định Điều đó đòi hỏi ta phải nắm rõ bản chất cũng nhưtrường hợp áp dụng của chúng để đưa ra những lựa chọn hợp lý cho từng bài toán

Trong thực tế ngày nay thì phương pháp k   được sử dụng rộng rãi nhất và trong đồ án cũng được

tính toán theo phương pháp k  , do đó phương pháp này sẽ được trình bày một cách cụ thể như

sau

+ Mô hình tính toán k   Trong mô hình rối k- , các phương trình thêm được xây dựng như sau:

Theo giả thiết về độ nhớt rối của Boussinesq, ta có:

i

i i i

j j

i t j

u k

x

u x

u u

Phương trình trên thể hiện mối quan hệ giữa ứng suất Reynolds ' '

j

i u u



 với biến thiên vận tốctrung bình Để giải phương trình này, người ta kết hợp nó với các phương trình có liên quan tới k( năng lượng rối động học ) và hệ số tổn thất  như sau [4]:

C x

x

u t

S Y G

G x

k x

x

ku t

k

b k

t j

i i

k M b

k j k

t j

i i

)()(

)()(

xxx

Trong đó:

Gk là hằng số thể hiện sự phụ thuộc của sự hình thành năng lượng rối động học (k) vào sự biến

thiên của vận tốc trung bình như sau:

i

j j i

u u u G

x

T g

G





 Pr





Trong đó:

Prt: hằng số Prantl

Gi: thành phần gia tốc trọng trường theo phương i

 : hệ số giãn nở nhiệt của môi trường

YM: hệ số thể hiện sự biến thiên của quá trình giãn nở so với giá trị trung bình

t 

Các hệ số còn lại của phương trình là các hằng số thực nghiệm được chọn như sau:

3 1

; 0 1

; 09 0

; 92 , 1

Mô hình k  là mô hình đơn giản có thể áp dụng với hầu hết các bài toán thông thường với

độ chính xác khá tốt

xxxi