Ansys Fluent là một trong những phần mềm đang được phát triển và ứng dụng mạnh mẽ trong nhiều bài toán mô phỏng khác nhau như tối ưu hóa các kết cấu cơ khí, quá trình truyền nhiệt, truyền chất, động lực học chất lỏng …
Ansys Fluent được xây dựng trên cơ sở hệ các phương trình liên tục, phương trình bảo toàn động lượng và năng lượng :
+ Phương trình liên tục w 0 u v x y z (3.4) + Phương trình động lượng ( ) ( ) ( ) v
div vv g grad p div grad v t
(3.5)
+ Phương trình năng lượng
v
p
c T
div vc T div kgrad T
t (3.6)
Trong đó: u, v, w là vận tốc của môi chất; t là thời gian; là khối lượng riêng; p là áp suất của dòng môi chất; là độ nhớt của dòng môi chất; g là gia tốc trọng trường; T là nhiệt độ; cv, cp lần lượt là nhiệt dung riêng đẳng tích và đẳng áp; là nguồn năng lượng bên trong (hóa học, hạt nhân...); k là hệ số dẫn nhiệt.
Trong nghiên cứu này, mô hình mô phỏng về dòng chảy và truyền nhiệt được thực hiện dựa trên một số giả thiết sau đây :
+ Môi chất là chất lỏng nhớt (độ nhớt phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất) + Dòng chảy là dòng ổn định
+ Sử dụng mô hình rối k–ε tiêu chuẩn.
Hình 3. 15. Mô hình rối k–ε tiêu chuẩn
Các thông số của dòng không khí bổ sung và dòng khí thải được thể hiện trong bảng 1.1
Bảng 1. 1. Các thông số điều kiện biên
STT Thông số Không khí bổ
sung Khí thải
1 Nhiệt độ đầu vào (K) 300 901 2 Khối lượng riêng (kg/m3) 1,225 0,367 3 Nhiệt dunng riêng (J/kg.K) 1006,430 1117,715 4 Hệ số dẫn nhiệt (W/m.K) 0,0242 0,0626 5 Độ nhớt (kg/m.s) 1,789.10-5 3,973.10-5 6 Lưu lượng (kg/h) 2,09 16,50 7 Hệ số Reynold (-) 6027,4 12455,1
Thiết lập các thông số của dòng không khí bổ sung trên phần mềm Ansys Fluent
Hình 3. 16. Setup Materials
Tại Materials chọn Fluid sau đó kích đúp chuột phải chọn New
Hình 3. 17. Nhập các thông số trong bảng vật liệu Materials
Hình 3. 18. Cell Zone
Điều kiện Cell Zone để Solver hiểu trong phần thiết lập Materials (trong phần Fluid tạo các mục khác nhau nên cần chọn Cell Zone Condition đúng với Fluid đã tạo)
Thiết lập các điều kiện biên cho Inflow 1 và Inflow 2
Hình 3. 20. Thiết lập Inflow
Hình 3. 22. Dạng biên Velocity Inlet
Dựa vào công thức Reynold và giá trị biên để tính giá trị X - velocity
Hình 3. 23. Thermal
Thiết lập outlet 2
Hình 3. 24. Setup Pressure Outlet
Kiểm tra giá trị tường (Wall)
Hình 3. 26. Kiểm tra Thermal
Xây dựng và thiết lập phương pháp số để giải mô hình toán học (Solver execution)
Thử chạy mặc định Solver không điều khiển sau đó tiến hành so sánh Solver có điều khiển để có kết quả tốt hơn.
Hình 3. 28. Thiết lập Solution Methods
Hình 3. 29. Chạy tính toán
Kiểm tra trường vận tốc
Hình 3. 30. Trường vận tốc
Kiểm tra trường nhiệt độ
Mục Results -> Contours -> Chuột phải -> Chọn New
Hình 3. 32. Trường nhiệt độ theo mặt cắt ngang outflow
Cách thức thực hiện:
Case study description: Mô tả trường hợp chạy hình học và các điều kiện biên của trường hợp chạy mô phỏng
Sử dụng mô hình k–ε tiêu chuẩn Grid check: Kiểm tra lưới
Models: Xét mô hình dối trong phần mềm Ansys Fluent Materials: Xét các tính chất của lưu chất
Boundary condition: Xét các điều kiện biên
Solver execution: Những chức năng liên quan đến phương pháp số Post-Processing results: Kết quả
Revision of the model: Cải thiện kết quả tính toán bằng mô hình phương pháp số bậc cao hoặc lưới mịn hơn