CHƯƠNG III : NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG BẰNG PHẦN MỀM CFD
3.3. Xây dựng và mô phỏng
3.3.5. Mô phỏng trên phần mềm Fluent
3.3.5.1. Điều kiện biên
Khi xây dựng mơ hình trong Gambit, sau khi chia lưới ta phải chọn mơ hình điều kiện biên cho các phần tử. Vì đây là q trình mơ phỏng chuyển động của dịng khí nạp trong đường ống nạp, nên các đối tượng mô phỏng là lõi (ruột) của các phần tử trong đường ống nạp của động cơ. Như vậy, trong mơ hình trên ta có các phần tử sau:
- Ống nạp (inlet);
- Cổ hút trong quy lát (wall); - Xupap hút (wall);
- Quy lát (wall); - Xylanh (wall); - Piston (out_let).
Trong cả hai mơ hình, điều kiện biên đầu vào (inlet) ta chọn “áp suất-
pressure_inlet”, đầu ra (outlet) ta chọn “vận tốc- velocity_outlet” (vận tốc khí đầu
ra có thể lấy giá trị xấp xỉ bằng vận tốc piston).
3.3.5.2. Các giả thuyết sử dụng trong q trình mơ phỏng
- Bỏ qua sức cản của bầu lọc khơng khí tại đầu ống nạp, lấy áp suất đầu vào (inlet) cho cả hai mơ hình là áp suất khí quyển (p= 1atm) và ổn định trong suốt q trình nạp;
- Coi lớp khí mỏng của khối khí nạp tiếp xúc với piston có vận tốc tương đối bằng nhau và bằng vận tốc tức thời của piston và lấy vận tốc này là điều kiện biên đầu ra (outlet) cho cả hai mơ hình;
- Nhiệt độ tại những vị trí bất kì của mỗi phần tử (ống nạp, piston,.v.v.) trong quá trình suốt nạp là bằng nhau trên mỗi phần tử đó.
3.3.5.3. Điều kiện đầu vào
Trong Fluent, điều kiện đầu có thể chọn là thơng số ở một cửa bất kỳ, có thể là cửa vào, cửa ra hoặc có thể lựa chọn tất cả các cửa.
Trong bài toán này ta lựa chọn điều kiện đầu của mơ hình là thơng số ở cửa vào (inlet), bao gồm nhiệt độ và áp suất (được trình bày trong bảng 3.2).
53
3.3.5.4. Nhập điều kiện biên trong Fluent
Hình 3.8. Mơ hình nhập điều kiện biên trong Fluent
Từ các giả thuyết sử dụng trong q trình mơ phỏng nói trên ta có bảng điều kiện biên sử dụng cho 2 mơ hình trong Fluent như bảng 3.2, 3.3, 3.4 và 3.5.
Bảng 3.2. Điều kiện biên chung cho hai mơ hình
STT Vị trí Điều kiện biên
Mơ hình Thơng số Đơn vị
Kí hiệu Giá trị 1 Ống nạp inlet p 1 bar T 300 K 2 Cổ hút Wall T 373 K 3 Xupap Wall T 473 K 4 Quy lát Wall T 773 K 5 Xylanh Wall T 753 K 6 Piston out_let V Bảng 3.3, 3.4, 3.5 m/s T 573 K
Bảng 3.3. Điều kiện biên đầu ra cho hai mơ hình, tại tốc độ 1000 v/ph
Trường hợp 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Vận tốc piston (m/s) 1,41 3,56 4,47 4,63 3,44 2,71 1,06 0 -1,06
Bảng 3.4. Điều kiện biên đầu ra cho hai mơ hình, tại tốc độ 1400 v/ph
Trường hợp 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Vận tốc piston (m/s) 1,97 4,98 6,25 6,47 4,81 3,79 1,49 0 -1,49
Bảng 3.5. Điều kiện biên đầu ra cho hai mơ hình, tại tốc độ 2200 v/ph
Trường hợp 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Vận tốc piston (m/s) 3,10 7,83 9,83 10,18 7,57 5,96 2,34 0 -2,34 Outlet
54
3.3.5.5. Điều kiện hội tụ
Trong q trình mơ phỏng, chương trình giải bài tốn CFD cần biết khi nào thì kết thúc q trình tính tốn đối với bài tốn tĩnh hoặc nhảy sang bước tính tốn tiếp theo trong bài tốn chuyển tiếp.
Có hai cách thức mà chương trình có thể lựa chọn đó là:
- Nếu số vòng lặp vượt quá giá trị do người dùng định nghĩa thì chương trình sẽ dừng hoặc nhảy sang bước tiếp theo;
- Nếu sai số nhỏ hơn giá trị do người dùng định nghĩa thì chương trình sẽ coi như bài toán hội tụ và sẽ dừng chương trình (bài tốn tĩnh) hoặc thực hiện bước tính tiếp theo (bài tốn chuyển tiếp).
Các điều kiện hội tụ có liên quan trực tiếp đến chế độ chạy đã chọn. Bảng 4.6 dưới đây sẽ trình bày các điều kiện hội tụ cần xác lập khi chạy mơ hình.
Bảng 3.6. Các giá trị đặt điều kiện hội tụ
Nội dung Các tùy chọn Giá trị đặt
Solver Lựa chọn phương pháp giải cho dòng chảy Unsteady Iterations Số vịng lặp tối đa mà mơ hình được phép chạy 1000
Continuity Tính liên tục 0,001
x-velocity Vận tốc theo phương x 0,001
y-velocity Vận tốc theo phương y 0,001
Energy Năng lượng 0,001
k Hệ số k 0,001
Epsilon Hệ số epsilon 0,001
55
Hình 3.9. Hình ảnh cho kết quả hội tụ trong Fluent
Kết luận chương 3:
Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu về phần mềm CFD tác giả đã thực hiện quá trình chia lưới mơ hình trên Gambit, nhập mơ hình vào phần mềm Fluent, sau đó chọn mơ hình, lựa chọn các trường hợp mơ phỏng, đặt các điều kiện,.. sau đó kiểm tra điều kiện hội tụ. Các kết quả của quá trình mơ phỏng sẽ được trình bày và phân tích ở chương tiếp theo.
56