Задачи на смешивание газов.

[Анатольевич 0]

Добрый день !!!

Просматривая форум увидел радостные восклицания людей которым была оказана реальная помощь. Очень хотелось бы попасть, так сказать в число избранных.

Уже битый месяц бьюсь над проблемой смесеобразования. Благодаря знакомым узнал о существовании FV. На офсайте скачал демку и начал самостоятельно разбираться, но увы не так всё сложилось, как хотелось. Просмотрел и руководство (правда написанно технически очень сухо) и просмотрел детально пример mixer.fvt но свою модель смешения потоков реализовать не смог.

Теперь о реальной задаче. (здесь я постраюсь более деально описать чтобы не упустить важные нюансы)

На двигателе внутреннего сгорания установлен впускной коллектор, думаю представляете что это такое, (кто не представляет - это изогнутая труба для подвода воздуха, топливоздушной или как в моём случае газовоздушной смеси)

Сверху на горизонтальную поверхность коллектора устнавливыается газовоздушный смеситель для получения смеси нужного состава.

Согласно педварительно проведенных испытаний на двигателе имеем:

1) скорость на входе в смеситель от 80 до 100 кг/час в зависимости от частоты вращения коленчатого вала

2) гидравлическое сопротивление смесителя dp=20Па

Определить скорость, давление и концентрацию в газосмесительной камере или другими словами говоря внутри смесителя, с последующим определением оптимальной формы и наилучших геометрических размеров смесителя.

Для того, чтобы решить поставленуую задачу в SW я создал несколько геометрий и перегнал их в VRML. Некоторые из них Вы можете посмотреть на рисунках ниже:

Дальще загнал в FV и начал работать.

После консультаций с комптентными людьми я сделал выбор в сторону:

а) мат.модели - слабосжимаемой жидкости

б) при работе с граничными условиями от указания скорости на входе и на выходе я отказался (так сказать по совету друзей) т.к. из гидродинамики известно что распределение скорости по сечению трубы происходит неравномерно, а значит насколько я понял, когда я задаю нормальную массовую скорость (напр 50) то тем саммым я указываю определённую среднюю величину. ПОЭТОМУ решение задачи я решил получить через перепад давления на входе и на выходе.

И тут возникает вопрос А КАК ЭТО ПРАВИЛЬНО СДЕЛАТЬ ?

Перед газовоздушным смесителем воздушный фильтр, поэтому давление на входе будет на 500 - 2000 Па меншьше давления окр. среды. Я задал опорное давление 101 000 Па.

Потом давление на входе в смеситель задал -500 Па а на выходе из него - 520 Па (вроде бы всё правильно указал, если нет поправьте меня )

Давление газа на входе (тонкие каналы с желтой поверхностью) я незнаю, и возможностями FV я хотел бы их определить. Как подсказали знакомые то FV не только отображает каритинку а и находит неизвестные параметры (в моем случае давление газа на входе). Если FV реально это делает, то что нужно указать в граничных условиях ? (давление = 0, или нулевой поток, или задать какое-то приближение или вообще ничего неуказывать)

Примерно такая же проблема и по концентрации. Я принял что на входе со стороны подачи воздуха (зелёная поверхность) концентрация = 0, со стооны подачи газа концентрация = 1 а на выходе из смесителя я её незнаю, и средствами FV я хотел бы узнать сколько она получится (0,2 0,3 или 0,5) ?

КАК ЭТО СДЕЛАТЬ ? Задавать примерную концентрацию на выходе (напр 0.3 ) или незадавать и оставить = 0, или использовать какое-то приближение, или ничего с ней не делать ?

[Анатольевич 0]

Расчетную сетку реализовал 50 х 50 х 50 (мало этого или может много ?)

Адаптирование не производил (а может быть и зря ?), потому что не разобрался как его делать, написано в ХЕЛПЕ так что ничего толком не поймешь.

Из списка веществ выбрал

Вещество0 - Воздух

Вещество1 - Природный газ

НУ ВЫБРАЛ И ЧТО ДАЛЬШЕ, КАК ВЫБРАННЫЕ ВЕЩЕСТВА ПРИВЯЗЫВАЮТСЯ К ГРАНИЧНЫМ УСЛОВИЯМ ? ТО ЛИ ЭТО ПРОИСХОДИТ АВТОМАТИЧЕСКИ, ТО ЛИ НАДО ЭТИ ВЕЩЕСТВА КАК-ТО ВРУЧНУЮ ПРИВЯЗЫВАТЬ К НУЖНЫМ ПОВЕРХНОСТЯМ ?

Оказывается что в FV можно выбрать разные модели турбулентности, к-е и т.д.

Тогда вопрос откуда конкретно они выбираются, я так понимаю вначале выбирается общая мат.модель - ламинарной или слабосжимаемой жидкости ну и т.д., а конкретная модель тогда получается выбирается только за счет установики соответствующих флажков напротив: скорость, давление, концентрация и т.д ии я не правильно понимаю ситуацию?

Короче подводя итоги непоняток а соответсвено вопросов много, а решение задачи или не сходиться или получается противоток или div>eps или плохая правя часть и т.д.

Я понимаю что вопросы мои в какой-то наверное даже наивные, но мне от того что я не могу решить поставленную задачу не легче. ОЧЕНЬ РАССЧИТЫВАЮ НА ВАШУ ПОМОЩЬ. Уточнения и вопросы принимаю на мыло(Емаил)

[a_schelyaev 366]

Анатольевич,

для начала открываем Учебник, который идет в комплекте к FV и делаем все, что позволяет делать лицензия.

Горение и свободную поверхность, а также сопряженный теплообмен можно не изучать.

Также стоит почитать FAQ в документации.

Слабосжимаемая модель создана исключительно для задач горения.

Если горения нет, то или несжимаемая жидкесть или полностью сжимаемая.

[Mikhail33 1]

Ну, уважаемый Анатольевич, вы тут столько вопросов понакидали, что за 5 минут вам их объяснить трудно будет. Нужно читать, читать и еще раз читать, а также проходить ВСЕ туториалы, а не только те, которые как вам кажется близки к вашей задаче.

Согласно педварительно проведенных испытаний на двигателе имеем:

1) скорость на входе в смеситель от 80 до 100 кг/час в зависимости от частоты вращения коленчатого вала

2) гидравлическое сопротивление смесителя dp=20Па

Ну я надеюсь, что скорость вы все таки пересчитываете через плотность и площадь поперечного сечения...

Гидравлическое соспротивление 20 Па, видимо, на каком-то определенном режиме по расходу?

После консультаций с комптентными людьми я сделал выбор в сторону:

а) мат.модели - слабосжимаемой жидкости

б) при работе с граничными условиями от указания скорости на входе и на выходе я отказался (так сказать по совету друзей) т.к. из гидродинамики известно что распределение скорости по сечению трубы происходит неравномерно, а значит насколько я понял, когда я задаю нормальную массовую скорость (напр 50) то тем саммым я указываю определённую среднюю величину. ПОЭТОМУ решение задачи я решил получить через перепад давления на входе и на выходе.

Думаю, что для начала вам можно все-таки попробовать использовать модель несжимаемой жидкости и задать скорость на входе и "Свободный выход" на выходе. Потом посмотрите какие там скорости у вас получатся в расчетной области и какая будет ситуация в районе входа, и примите решение что и в каком направлении менять.

Перед газовоздушным смесителем воздушный фильтр, поэтому давление на входе будет на 500 - 2000 Па меншьше давления окр. среды. Я задал опорное давление 101 000 Па.

Потом давление на входе в смеситель задал -500 Па а на выходе из него - 520 Па (вроде бы всё правильно указал, если нет поправьте меня )

При задании скорости на входе давление у вас будет найдено автоматически (оно будет относительно опорного, и не важно что стоит перед смесителем). Рассуждайте в относительных величинах...

Давление газа на входе (тонкие каналы с желтой поверхностью) я незнаю, и возможностями FV я хотел бы их определить. Как подсказали знакомые то FV не только отображает каритинку а и находит неизвестные параметры (в моем случае давление газа на входе). Если FV реально это делает, то что нужно указать в граничных условиях ? (давление = 0, или нулевой поток, или задать какое-то приближение или вообще ничего неуказывать)

Задайте расход природного газа (ну опять же скорость через плотность и площадь входных отверстий) и найдете необходимое давление.

Примерно такая же проблема и по концентрации. Я принял что на входе со стороны подачи воздуха (зелёная поверхность) концентрация = 0, со стооны подачи газа концентрация = 1 а на выходе из смесителя я её незнаю, и средствами FV я хотел бы узнать сколько она получится (0,2 0,3 или 0,5) ?

КАК ЭТО СДЕЛАТЬ ? Задавать примерную концентрацию на выходе (напр 0.3 ) или незадавать и оставить = 0, или использовать какое-то приближение, или ничего с ней не делать ?

Там, где вы определяете математическую модель в подобласти, поставьте галку на "Концентрация" и в соответствующи граничных условиях на одноименной вкладке укажите 0 или 1.

[Анатольевич 0]

Ну я надеюсь, что скорость вы все таки пересчитываете через плотность и площадь поперечного сечения...

Гидравлическое соспротивление 20 Па, видимо, на каком-то определенном режиме по расходу?

Я прошу прощения. Мне как человеку связаному с техникой

СТЫДНО ПРИЗНАВАТЬ НО Я ОШИБСЯ - НЕ СКОРОСТЬ, А РАСХОД.

Расход воздуха на входе в коллектор от 80 до 100 кг/с.

Хотя для решения поставленных задач это может не совсем принципиально. Данный расход был получен с помощью сужающего устройства на двух цилиндровом тракторном дизеле. Готовятся испытания четырёх цилиндрового дизеля и цифры по расходу представленные выше вырастут в n раз.

Но я хотел сделать вот такой акцент.

При расчетах моделей в FV, когда в граничных условиях указывается скорость на входе и на выходе то расчет получается более или менее гладким и на графики сходимости приятно смотреть. А все мои попытки указать в граничных условиях давление на входе и на выходе, или другими словами перепад ничем хорошим не заканчивались.

У меня даже впечатление такое сложилось, что FV написан "под скорость".

[a_schelyaev 366]

Задание через расход всегда быстрее сходится.

[Анатольевич 0]

Добрый день !!!

Сразу же хочу поблагодарить участников форума:

a_schelyaev и Mikhail33 за оказанную помощь в виде консультаций.

На некоторые особенности FV я уже немного приоткрыл глаза. Но сказать сразу что всё сразу стало на свои места будет неправда.

Так например я сначала был уверен, что на закладке концентрация граничных условий 0 и 1 это массовые доли вещества. Спасибо Mikhail33 что растолковал что 0 и 1 это Вещество 0 и Вещество 1.

Но я хотел бы вернуться к заданию граничных условий. В своих консультациях Вы всё время делаете уклон на задание начальной скорости. А если ОНА неизвестна вообще ни на входе, ни на выходе, то что на расчете в FV можно ставить крест ? У меня например есть данные по давлению полученные на екс. установке если я их задам в качестве начальных ? Или это не катит, нужно всё равно через скорость решать ? Я думаю что нет.

Тот расход воздуха, что я указал выше (80-100 кг/сек), вполне возможно пересчитать в нормальную массовую скорость и казалось бы всё ОК. НО:

1) Получил я его (расход) с помощью сужающего устройства, т.е величина которая с учетом всех поправок и погрешностей может ещё уточняться

2) Была возможность с помощью СУ измерить расход воздуха я реализовал а для газа такой возможностине было, и расход газа я незнаю. Я имею только замеренное давление газа.

И наконец самое главное: Величину скорости можна задавать как определённую среднюю величину, так как касательная составляющая вектора меняется от 0 возле стенки до max в центральной точке потока.

Поэтому рациональным будет задавать параметры потока через перепад давлений. А вот тут как раз я и хотел бы разобраться КАК ПРАВИЛЬНО ЭТО СДЕЛАТЬ ?

Я незнаю как правильно задать перепад давлений, но думаю что это будет примерно так (ПОПРАВЬТЕ МЕНЯ ЕСЛИ ОШИБАЮСЬ):

1) выбрать мат. модель =

2)задать опорное давление = 99 000 Па

3) указать давление воздуха на входе = 20 Па

4) указать давление газа на входе = 10 Па

5) указать давление смеси на выходе = 0

[a_schelyaev 366]

1) Конценрация может быть как массовой так и объемной. В свойствах модели есть переключалка.

2) Начальная скорость есть всегда. Просто по умолчанию она равна нулю. Если есть данные по ее величине и ориентации на установившемся режиме, то расчет пойдет веселее. Если нет, то нет.

3) По перепаду: на входе задается давление смеси, а не каждой компоненты. То же и на выходе. Концентрация это же скаляр, который рассчитывается по полю скоростей и давлений.

[Анатольевич 0]

3) По перепаду: на входе задается давление смеси, а не каждой компоненты. То же и на выходе. Концентрация это же скаляр, который рассчитывается по полю скоростей и давлений.

Я прошу прощения, но я не понимаю почему задается давление смеси на входе, если на входе смешиваются разные компоненты????

У меня на входе (со стороны большого отверстия) =воздух а через маленькие отверстия подается =газ. Или в выражении

на входе задается давление смеси

заложен какой-то другой смысл ?

Объясните пожалуйста на реальном примере ???

[a_schelyaev 366]

А, забыл, что там все поделено.

Тогда все нормально.

А в целом, математически, под смесью подразумевается смесь двух веществ, даже если одного вещества 100%.

:)