催化转换器CatConv.

Version1.33/23/2007©2007ANSYS,Inc.Allrightsreserved.CFX11.0ANSYS,Inc.ProprietaryInventory#002446W4-1催化转换器CatalyticConverter教程4Version1.33/23/2007©2007ANSYS,Inc.Allrightsreserved.Inventory#002446W4-2CFX11.0ANSYS,Inc.ProprietaryWorkshopSupplement催化转换器CatalyticLayer–PorousDomain此教程将演示流体穿过带有多孔介质催化层腔体的模拟由于流动具有对称性，为了减少解的时间，我们只对模型的一般进行模拟。在模拟催化层时我们将使用多孔介质域，而计算域的其它部分仍旧使用流体域。为了模拟催化层的存在对流动带来的阻力，动量损失将以定向损失模型的形式应用于多孔介质域。此模拟中将用到多网格和多域。我们需要在CFX-Pre中使用域交界面把它们粘结起来。Version1.33/23/2007©2007ANSYS,Inc.Allrightsreserved.Inventory#002446W4-3CFX11.0ANSYS,Inc.ProprietaryWorkshopSupplement模拟概述腔体完整尺寸：-进气道直径=0.4[m]-中部腔体横截面面积=1[m]×1[m]-催化层厚度=0.1[m]-入口到出口总长=3.4[m]由于垂直对称，只考虑一半几何体工作流体：AirIdealGas流动条件：-入口质量流量=0.38[kg/s]-入口温度=580[K]-出口静压=0[Pa]-催化剂孔隙率（Catalystporosity）=45%-催化阻力系数将在后边计算Version1.33/23/2007©2007ANSYS,Inc.Allrightsreserved.Inventory#002446W4-4CFX11.0ANSYS,Inc.ProprietaryWorkshopSupplement开始模拟1.启动Workbench，点击AdvancedCFD2.CFX-Pre中创建一个新模拟，存储为Catflow.cfx3.目录树中右键点击Mesh，导入CFX网格文件（gtm）catmain.gtm4.继续导入CFX网格文件（gtm）catporous.gtm目录树中将显示两个网格集合。过后，将使用域交界面把这些网格连接起来。Version1.33/23/2007©2007ANSYS,Inc.Allrightsreserved.Inventory#002446W4-5CFX11.0ANSYS,Inc.ProprietaryWorkshopSupplement接着您将复制旋转出口端网格，形成入口端网格1.目录树中右键点击Mesh，选择TransformMesh2.在TargetAssemblies选择框内，选择Assembly3.按照右图进行旋转设置4.激活MultipleCopies复选框，然后点击OK如果没有激活多份复杂选项（MultipleCopies），原始网格将遗失旋转网格集合Version1.33/23/2007©2007ANSYS,Inc.Allrightsreserved.Inventory#002446W4-6CFX11.0ANSYS,Inc.ProprietaryWorkshopSupplement创建合成区域（CompositeRegions）使得我们在创建域和边界条件时的选择更便捷1.主菜单中选择InsertCompositeRegion2.命名为Converter3.在Combination处选择Union4.设置Dimension为3D-此操作对网格区域列表进行过滤，将只显示3D区域5.区域列表中选择Assembly和Assembly3（使用…按钮）-这两组网格集合组成了流体域6.点击Ok，创建合成区域创建新区域合成区域（CompositeRegions）仅仅时已存在的原始网格区域的一个分组标识Version1.33/23/2007©2007ANSYS,Inc.Allrightsreserved.Inventory#002446W4-7CFX11.0ANSYS,Inc.ProprietaryWorkshopSupplement定义流体域1.工具栏中选择创建域（CreateDomain）按钮，命名为Converter2.位置在Converter3.流体类型选择AirIdealGas。默认的ReferencePressure为1[atm]和不考虑浮力（Non-Buoyant）对此模拟适合4.在FluidModels键下，设置HeatTransferModel为Isothermal，设置FluidTemperature为580[K]5.留下TurbulenceOption默认设置为k-EpsilonModel6.点击Ok，创建域当我们使用等温（Isothermal）选项时，不能模拟传热现象。指定的温度仅仅用于计算理想气体的性质。Version1.33/23/2007©2007ANSYS,Inc.Allrightsreserved.Inventory#002446W4-8CFX11.0ANSYS,Inc.ProprietaryWorkshopSupplement多孔介质域背景穿过厚度为Δx的多孔层发生的压力降ΔP与流动速度V和二次阻力系数KQ之间存在以下关系：KQ=(ΔP/Δx)/V2KQ取决于多孔介质的材料属性，我们必须把其引入到CFX技术书籍通常以系数KB的形式给出多孔介质材料信息：KB=(ΔP)/(ρV2/2)这里ρ为流体密度。因此，KQ和KB之间遵循：KQ=KB*ρ/2ΔxVersion1.33/23/2007©2007ANSYS,Inc.Allrightsreserved.Inventory#002446W4-9CFX11.0ANSYS,Inc.ProprietaryWorkshopSupplement多孔介质域背景对于催化多孔介质材料KB=40基于入口温度，密度ρ可以以0.609[kg/m3]来计算。基于质量流量和催化层横断面面积，穿过催化层的表观速度可估计为1.25[m/s]因此如果流动均匀分布，我们预计穿过催化层的压力降约为19.0[Pa]。由于很可能不是这种情况，那么很可能出现一个更高一些的压力降。您可以在后边CFX-Post中验证我们的估计。催化层的厚度为0.1[m]，假设KB取值KB=40，那么输入到CFX的KQ值可取122[kg/m4]Version1.33/23/2007©2007ANSYS,Inc.Allrightsreserved.Inventory#002446W4-10CFX11.0ANSYS,Inc.ProprietaryWorkshopSupplement定义多孔介质域1.工具栏中选择创建域（CreateDomain）按钮，命名为Catlayer2.位置在Assembly2（使用…按钮），设置DomainType为PorousDomain3.切换到PorositySettings键4.设置VolumePorosity为0.455.设置LossModel为DirectionalLoss6.设置LossVelocityType为Superficial-在前面的幻灯片中损失系数是用表观速度来计算的-真实穿过多孔介质域的速度要更大，这是由于在多孔介质区域流体体积减小了Version1.33/23/2007©2007ANSYS,Inc.Allrightsreserved.Inventory#002446W4-11CFX11.0ANSYS,Inc.ProprietaryWorkshopSupplement7.输入X和Y分量为0，Z分量为1，以定义流向StreamwiseDirection8.对于StreamwiseLoss，设置Option为LinearandQuadraticResistanceCoefficient9.打开QuadraticResistanceCoefficient复选框，输入QuadraticCoefficient为122[kgm^-4]10.留下TransverseLoss设置为默认值10（10倍的流向损失系数）11.点击Ok，创建此域定义多孔介质域多孔介质域的流体模型（FluidModels）将自动采用流体域的材料属性，于是我们不需要对多孔介质域再设置一次。Version1.33/23/2007©2007ANSYS,Inc.Allrightsreserved.Inventory#002446W4-12CFX11.0ANSYS,Inc.ProprietaryWorkshopSupplement边界条件接下来，创建入口边界条件：1.在流体域定义一入口边界条件，命名为Inlet，位置在PipeEnd通过右键点击Converter域插入边界条件，这样边界条件将创建在正确的域中2.在BoundaryDetails键下，设置MassFlowRate=0.38[kgs^-1]，使用默认的湍流值创建出口边界条件：1.在流体域定义一出口边界条件，命名为Outlet，位置在PipeEnd22.在BoundaryDetails键下，设置AverageStaticPressure=0[Pa]Version1.33/23/2007©2007ANSYS,Inc.Allrightsreserved.Inventory#002446W4-13CFX11.0ANSYS,Inc.ProprietaryWorkshopSupplement为两个域创建对称边界条件：1.在流体域定义一对称边界条件，命名为FluidSym，位置在EntireSymmetry2.在多孔介质域定义一对称边界条件，命名为PorousSym，位置在PorousSym边界条件当复制一个网格集合时，新网格区域名字之后会添加一个字符“2”，这样就避免了复制名称。同样的道理，新合成区域的创建，其名称下包含新旧两个区域，这称作完整名“Entirename”剩余的表面将自动的划分到默认的无滑移固壁边界条件。每一个域都有其自己默认边界条件Version1.33/23/2007©2007ANSYS,Inc.Allrightsreserved.Inventory#002446W4-14CFX11.0ANSYS,Inc.ProprietaryWorkshopSupplement域交界面在连接流体和多孔介质域时需要设置域交界面（DomainInterfaces）1.右键点击Simulation，选择InsertDomainInterface2.命名为UpstreamInterface3.选择InterfaceType为FluidPorous4.对InterfaceSide1，设置Domain(Filter)为Converter5.在RegionList中选择FluidSide6.对InterfaceSide2，设置Domain(Filter)为Catlayer7.在RegionList中选择PorousSideUp8.留下InterfaceModels和MeshConnectionMethod为它们的默认设置。点击Ok，创建交界面Version1.33/23/2007©2007ANSYS,Inc.Allrightsreserved.Inventory#002446W4-15CFX11.0ANSYS,Inc.ProprietaryWorkshopSupplement域交界面1.创建第二个域交界面命名为DownstreamInterface2.选择InterfaceType为FluidPorous3.对于InterfaceSide1，设置Domain(Filter)为Converter，在RegionsList中选择FluidSide24.对于InterfaceSide2，设置Dom