CFX入门-提高-CFX实例分析讲义-16讲催化转换器

1、实例 4,催化转换器（Catalytic Converter）,本实例演示在CFX-Pre中如何使用多网格和多域以及如何用static fluid-fluid domain interfaces把他们粘贴在一起 它也将展示如何模拟流体域中被定义为流体子域的催化层 本实例将展示如何在子域中施加定向损失模型的阻力源项（动量损失）,介绍（Introduction）,转换器尺寸： - 入口管：直径=0.4 m - 中部腔体横截面积： 1 m x1 m - 催化层厚度=0.1 m - 总长：入口-出口=3.4 m 由于垂直对称，只考虑一半几何体 工作流体为air (ideal gas) 流动条件： -

2、入口：质量流量 = 0.38 kg/s 温度 = 580 K - 出口：静压 = 0 Pa,基本数据（Basic Data）,创建新的模拟，命名为：catflow.cfx 导入CFX 网格 (gtm)文件: catmain.gtm 导入CFX 网格 (gtm) 文件: catpipe.gtm,导入网格（Import Grid）,单击Transform Mesh Assembly图标 ，旋转Assembly4,旋转网格集合 （Rotate Mesh Assembly）,在CFX-Pre工作区单击 Regions标签 单击Create New Object图标 命名Converter 定义Comb

3、ination为Union, 设置维数3D 在Region List， 输入： Assembly, Assembly2, Assembly3, Assembly4和Assembly5 创建另一个联合区域命名为 symmetall 设置维数 2D 在Region List，输入： pipesym, pipesym 2, symcent1, symcent2, symlayer,创建联合区域 （Create Union Region）,定义域，命名为Converter，Location（定位）=Converter，设置Fluid List=Air Ideal Gas，Reference Press

4、ure（参考压力）=1 atm ，不考虑浮力（Non Buoyant）。 选择换热模型为Isothermal，Fluid Temperature（流体温度）=580 K,定义域（Define Domain）,通过催化层的压力降可以视为通过有限厚的多孔介质层的压力降，此压力降以二次方形式给定，因此相应的系数表达为 KQ=(P/x)/V2 其中 V是流体速度。 技术书籍和手册给出了基于表达式KB=(P)/(V2/2)的coefficient KB的信息，其中 和V分别代表流体密度和速度 因此输入到CFX的系数KQ如此计算：KB*/2 对于所给的实例，KB值估计为40，流体密度为0.61 kg/m3

5、, 催化层厚度为0.1 m,因此输入到子模型动量源项中的二次方系数值为122. kg/m4,定义子域（Define Sub-domain）,从主工具条中单击Sub-domain图标 在域Converter中设置命名为 catlayer 在Basic Settings中,设置Location为B74 单击Sources标签并打开Sources, Momentum Source/Porous Loss Model和Directional Loss Model 在Streamwise Direction下, 设置： Option=Cartesian Components, X-component=0

6、, Y-component=0, Z-component=1 对于 Streamwise Loss, 设置 Option=Linear and Quadratic Coeffs. 打开 Quadratic Coefficient 并设值为 122. kg/m4 单击OK 创建子域,定义子域（Define Sub-domain）,定义入口边界条件 name=inlet ， location=pipend 2. 设置流体法向速度=10. m/s, 保持默认湍流值 定义出口边界条件name=outlet，location=pipend. 设置平均静压=0 Pa 定义对称边界条件name=symmet

7、，location=symmetall 剩下的表面被自动归为一组，默认无滑移壁面边界条件,边界条件（Boundary Conditions）,有四个fluid-fluid交界面 第一个交界面名字：LayerUps 面1：Domain (Filter)=All Domains Region List, 选择区域: F49.48 面2：Domain (Filter)=All Domains Region list, 选择区域: F79.74 注意如果区域名在原始网格程序中没有被定义，则可以选择原始的CAD区域 连接方法: GGI 交界面模型: Frame Change Option=None Pi

8、tch Change: Option=Automatic,交界面（Interfaces）,其他三个交界面按同样的方法设置: 交界面名称: LayerDns 面1, Region List: F25.26 面2, Region List: F77.74 交界面名称: PipeUps 面1, Region List: F47.48 面2, Region List: F29.22 2 交界面名称: PipeDns 面1, Region List: F20.26 面2, Region List: F29.22,交界面（Interfaces）,进行全局初始化 在笛卡尔速度分量下使用 Option=Aut

9、omatic with Value, 设置: U=0, V=0, W=1 m/s 对于Static Pressure保持option设置为Automatic turbulence设置为K-Epsilon 在面板底部选中Turbulence Eddy Dissipation 复选框,初始化（Initialisation）,对于流体域，选择如下求解器参数: Advection Scheme（对流项）: - Option=High Resolution Convergence Control（收敛控制）: - Timescale Control=Physical Timescale （时间步=物理时

10、间步） - Physical time scale（物理时间步）=1 s - Max. Num. Of Iteration（最大迭代数）=50 Convergence Criteria（收敛准则）: - Residual Type（残差类型）=RMS - Residual Target（残差目标）=1.E-04,求解器控制（Solver Control）,单击Write Solver (.def) file图标 保持Operation设置为Start Solver Manager 打开Report Summary of Interface Connections 单击OK 在信息窗口单击OK 选择FileQuit 单击Yes保存CFX文件,写出求解器文件（Write Solver File）,求解器管理器图形界面 （Solver Manager GUI）,观察计算结果: 在对称平面上创建速度分布矢量图(区域symmet) 在对称平面上创建静压分布等值线图 沿流动路径在各种XY平面（Z=常数）上创建类似的图