Fluent cung cấp nhiều mô hình vật lý để giải một bài toán chất lưu. Tuy nhiên, để xây dựng một mô hình tính toán từ một hiện tượng thực tế thì ta cần phải tiến hành từng bước. Trong phần này chúng ta sẽ tìm hiểu đặc tính và cách thức sử dụng một số mô hình vật lý thông dụng trong Fluent.
Phƣơng pháp giải
Define > Model > Solve
Fluent cung cấp 3 phương thức giải khác nhau. - Segregated
- Coupled implicit - Couple explicit
Cả ba phương thức giải đều cho phép tính toán với dòng bất kỳ, tuy nhiên trong một số trường hợp việc chọn phương thúc giải hợp lý sẽ cho kết quả chính xác hơn. Segregated và couple thực hiện qua trình giải các phương trình liên tục, động lượng và năng lượng theo các cách khác nhau.
Segregated giải phương trình một cách tuần tự, trong khi couple tiến hành giải một cách đồng thời. Implicit và explicit khác nhau ở cách tuyến tính hoá phương trình để tiến hành giải
Thông thường Couple được dùng trong các bài toán với chất lưu ở vận tốc lớn và nén được. Couple cho kết quả nhanh và chính xác hơn nhưng cũng đòi hỏi bộ nhớ lớn và cấu hình mạnh.
- Sự tuyến tính hoá của Implicit và Explicit
- Một số dạng bài toán chỉ giải được bằng Segregated.
Các mô hình rối
Dòng rối là dòng đặc trưng bởi sự biến đổi của trường vận tốc. Thông thường, việc mô tả dòng rối thường rất khó khăn bởi trong các phương trình mô tả có chứa các đại lượng chưa biết. Mô hình rối có nhiệm vụ cơ bản là xác định các đại lượng này.
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) Mô hình k - giản hoá
Mô hình k -
Mô hình k -tiêu chuẩn
Mô hình k -với dòng cắt ( SST ) Mô hình 2 f
Mô hình ứng suất Renold (RSM) 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 kết quả đúng trong một số trường hợp nhất định. Điều đó đòi hỏi ta phải nắm rõ bản chất cũng như trường hợp áp dụng của chúng để đưa ra những lựa chọn hợp lý cho từng bài toán.
Các phƣơng pháp thiết lập điều kiện biên
Điều kiện biên chính là các thiết lập trạng thái của hệ. Nó cho biết hệ đang chịu tác động của những yếu tố nào và các yếu tố này tác động ra sao. Do vậy việc thiết lập đúng điều kiện biên có vai trò quyết định đến tính chính xác của bài toán trong mỗi hiện tượng.
* Áp suất tĩnh (Static Pressure)
Áp suất tĩnh được ngoại suy ở tất cả các biên theo phương trình:
2 0
P n
(2.1)
Trong đó: n – là phương pháp tuyến tới biên. Theo phương pháp này thì áp suất là không cố định tại mọi mức. Thay vào đó một điểm gốc được chọn tại nơi mà áp suất được thiết lập bằng 0.
Áp suất hiệu chỉnh là P’ của phương pháp SIMPLEC (phương pháp Semi – Implicit cho các phương trình liên kết áp suất) có điều kiện biên thuần nhất cho tất cả các biên. ' 0 P n (2.2) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trong đó: n – là hướng pháp tuyến tới biên. * Các lớp biên tường (Walls)
Các điều kiện biên cho phương trình k và của mô hình chảy rốik là:
2 2 0 6 k c y (2.3)
Trong đó: c2 3 / 40 và y là khoảng cách pháp tuyến tới tường. điều kiện biên
Các thành phần vận tốc được đặt bằng 0 trên các tường và đó là quan hệ tĩnh tại cho vùng tính toán. nếu các tường là quan hệ quay trong vùng tính toán thì quan hệ vận tốc ở trên tường sẽ đặt như là điều kiện Dirichlet.
* Đầu vào (Inlet)
Tại lối vào, tất cả các thuộc tính của dòng chảy trừ áp suất tĩnh được xác định. Các thuộc tính này có thể được nội suy từ các kết quả thí nghiệm hoặc lấy từ một profil được thiết lập hoàn toàn. Ví dụ như một profil parabol cho dòng chảy tầng hoặc 1/7 prôfil cho dòng chảy rối.
Các điều kiện biên ở lối vào ống hút cho số lượng dòng chảy rối là tương đối khó để quy định. Nên thừa nhận một cường độ và tỉ lệ chiều dài của rối và các thuộc tính cố định của dòng rối tại lối vào.
Động năng của dòng rối ở lối vào được mô tả như sau:
2 2 3 2 in in k C (2.4)
Với: - là cường độ dòng chảy rối 2
in
C - là giá trị vận tốc tuyệt đối trung bình ở lối vào.
Tỷ lệ chiều dài của dòng rối được dùng cùng với việc phân tích kích thước để thiết lập điều kiện biên lối vào cho vận tốc góc . Trong trường hợp mô hình của
Wilcox ta có: 1/ 2 * in in k l (2.5)
Trong đó: * 0.09 và l là tỷ lệ chiều dài của dòng chảy rối
* Đầu ra (Outlet)
Tại lối ra được mở rộng, dòng chảy là ổn định và không có sự thay đổi về kích thước hình dạng vùng làm việc, dòng chảy được thừa nhận là phát triển đầy đủ và ổn định.
Để có được một phép toán giải đạt kết quả tốt thì toàn bộ lượng dòng chảy phải được đảm bảo hoàn toàn. Điều này là rất cần thiết để đảm bảo cho các phương trình áp suất được ổn định, cũng như sự tăng nhanh đáng kể về tốc độ hội tụ và có
tác động tích cực trên các lớp biên mở rộng nơi có dòng chảy vào. Sự phát triển của vận tốc được tính toán như sau:
out comp out in incr A m m u . . (2.6)
Trong đó: - là sự đối lưu trong vùng tại lối vào.
- là sự đối lưu được tính toán ở ngoài vùng tại lối ra (được tính toán từ phương trình ).
- là diện tích lối ra
Gia tăng vận tốc được thêm vào phương trình tính toán vận tốc tại lối ra
(2.7) Điều này được đảm bảo rằng toàn bộ tính liên tục của mô hình là được đảm bảo với mỗi phép tính lặp.
* Các điều kiện biên tuần hoàn (Periodic boundaries)
Các điều kiện biên tuần hoàn được áp dụng khi các véc tơ vận tốc có chuyển động quay xung quanh trục. Khi các biên tuần hoàn được xác lập thì chúng sẽ được kết nối với nhau.