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PyroSim入門教程PyroSim入門教程 1.2 建立網(wǎng)格 選擇Model Edit Grid . 在跳出的面板上點New。把網(wǎng)格的邊界設(shè)置為Min X = 0，Max X = 10，Min Y = 0，Max Y = 10，Min Z = 0，Max Z = 10。同時把網(wǎng)格數(shù)量設(shè)為X cells = 20，Y cells = 20，Z cells = 20。如下圖所示: 在FDS里面，基本形狀只能是長方體的(盡管通過長方體的組合，能模擬復(fù)雜的幾何形狀)。網(wǎng)格也只能是正交網(wǎng)格(點確定后可以看到)。這個例子是模擬風(fēng)洞內(nèi)的燃燒，風(fēng)洞尺寸為10米*10米*10米。每邊劃分成20個網(wǎng)格，總共有8000個網(wǎng)格。在FDS中，由于求解器的特殊要求，每邊劃分的單元數(shù)通常要求是2，3或5的倍數(shù)。 點擊OK后，網(wǎng)格就生成了，如下圖所示: 1.3 定義粒子 這里的粒子并不是通常CFD軟件里的拉格朗日粒子，只是為了后處理方便而定義的示蹤粒子。選擇Model Edit Particles .，然后點New。不要選Particle Have Mass，這樣粒子沒有質(zhì)量，僅是示蹤粒子。選中Color Particles During Animation，使用默認的顏色，紅色。這樣在結(jié)果中會有紅色的示蹤粒子。 1.4 建立面 實際上，在建立網(wǎng)格的時候，我們已經(jīng)得到了計算模型。這里的面是用來定義邊界條件。要注意的是，這里僅僅定義邊界條件，而沒有給模型中的面指定邊界條件。也就是說只定義邊界上的物理條件，但并沒有和模型中的邊界聯(lián)系起來。 定義入口邊界。Model Edit Surface Properties .，點New。Surface name是BLOW，使用INERT作為模板。選擇surface type為 Fan/Wind”。然后下面會有很多選項。系統(tǒng)定義的表面類型都有明確的物理意義，還是比較好懂的。Fan/Wind里可以定義入口空氣的溫度和速度。為了便于區(qū)分，把Color選成藍色。Air Temperature = 20 C，Specify Normal Velocity = -1.0 m/s。-1.0 m/s代表氣流速度為1m/s，方向為進入計算域(+1.0m/s為出)。第三個標(biāo)簽下，選中Emit Particles，Particle Type = PART。最后點OK。各步驟的截圖如下: 在這里例子里面，只需要定義BLOW這一個面，其余的面可以用系統(tǒng)定義的來表示。 1.5 定義邊界條件 這里是真正指定表面的邊界條件。 定義入口。選擇Model New Vent .，在Specification標(biāo)簽下，Description = Vent Blow，Type = BLOW，Lies in the plane X = 0.0，Min Y = 3，Max Y = 7，Min Z = 3，Max Z = 7。在X=0平面上，有4*4的范圍為BLOW的邊界條件。點OK，離開界面。具體操作和操作后的結(jié)果為: 定義出口。步驟和上面的基本一樣，Model New Vent . New。Description = Vent Open，Type = Open，Lies in Plane X = 10，Min Y = 3， Max Y = 7，Min Z =3，Min Z = 7。在和入口相對的面上，有一個4*4的通風(fēng)口。 1.6 定義切面 FDS使用LES模型模擬湍流，會產(chǎn)生大量的瞬時數(shù)據(jù)。FDS里面需要定義切面，只有切面數(shù)據(jù)會保存。 Output Slices .。XYZ plane = Y，Plane value = 5，Gas Phase Quantity = Velocity，Use Vector = No。OK。在Y=5平面上，保存速度值，但是不保存矢量。 1.9 檢查結(jié)果 FDS算完60秒后，會自動彈出SmokeView窗口。 在上面點右鍵Load/Unload Slice File VELOCITY *Y=5.0。會顯示前面定義的切面上的速度云圖。 在上面點右鍵Load/Unload Particle file *SMOKE/WATER。會顯示粒子軌跡。 至此，我們已經(jīng)完成了FDS里面的第一個練習(xí)。下面可以修改上面的例子，做一個隧道內(nèi)火災(zāi)的模擬。 2. 隧道火災(zāi)模擬 隧道內(nèi)的火災(zāi)模擬是一個很常見的FDS應(yīng)用。如果在隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)，如果通風(fēng)系統(tǒng)沒有工作，燃燒產(chǎn)生的煙會向兩邊對稱擴散，引起能見度的下降，和對隧道內(nèi)人員的健康威脅。通常，需要在隧道入口裝風(fēng)扇，把煙吹向出口，這樣煙霧就不會向入口擴散。煙霧向上游的擴散成為是逆流(back layer flow)。入口風(fēng)速大，逆流長度就小，或者沒有逆流;入口風(fēng)速小，逆流長度就長。逆流長度剛好為零的入口風(fēng)速成為是臨界速度(critical velocity)。FDS廣泛使用于逆流的研究。 這里要做的是一個60*16*6的隧道。入口速度是3m/s，入口溫度是25C。在底部有一塊8*8的燃燒區(qū)域，火災(zāi)大小為100MW。為了簡化問題沒有模擬過程，而是直接把100兆瓦的熱量直接分布在64平方米的面積上，折合1562.5kw/m2。 2.1 繼續(xù)前面的模型 下面要修改前面建立的模型。如果模型沒有打開，可以打開保存的*.psm或者*.data文件。 2.2 建立網(wǎng)格 在左邊的樹形目錄上，雙擊Grids GRID。在彈出的面板上，修改Max X = 60，Max Y = 16，Max Z = 6，X cells = 120，Y cells = 32，Z cells = 12。OK。點OK后，可能模型不在屏幕中央，可以點擊工具欄上右數(shù)倒數(shù)第二個圖標(biāo)(Reset View to All Visible Objects)重置顯示。步驟和結(jié)果如下所示: 2.3 建立面 這里需要建立兩個面。第一個面是入口，修改前面的BLOW條件;第二個面是FIRE，需要創(chuàng)建。 在左邊雙擊Surfaces BLOW。Properties Air Temperature = 25 C。Air Flow Specify Normal Velocity = -3 m/s。 Model Edit Surface Properties . New.，Surface Name = FIRE，OK。Surface Type = Non-Flammable Solid。Boundary Conditions Boundary Types = Fixed Heat Flux，Heat Flux = 1562.5，OK。 2.4 定義邊界條件 按照上面的描述，有三個邊界條件需要定義。 雙擊Model Vent Blow。把整個X=0平面設(shè)成是入口。Min Y = 0，Max Y = 16，Min Z = 0，Max Z = 6。OK。 雙擊Model Vent Open。把整個X=60平面設(shè)成是出口。Lies in the plane X = 60，Min Y = 0，Max Y = 16，Min Z = 0，Max Z = 6。OK。 新建一個Fire Region邊界條件，在主菜單上選擇:Model New Vent。Description = Vent Fire，Type = FIRE，Lies in the plane Z = 0，Min X = 26，Max X = 34，Min Y = 4，Max Y = 12。OK。 過程及結(jié)果如下: 2.5 定義切面 在Y=8平面定義一個切面。Output Slices .。把Plane Value改成8。在Y=8平面定義一個新的切面，來顯示溫度。因為我們沒有模擬燃燒，根據(jù)溫度場可以大概知道煙霧的分布。XYZ Plane = Y，Plane Value = 8，Gas Phase Quantity = TEMPERATURE，Use Vector? = No。 2.6 設(shè)定模擬參數(shù) 模擬的總時長為60秒。FDS Simulation Parameters .。Simulation Title = Tunnel Fire，Specify Duration = 60，Initial Time Step = 0.1。OK。 2.7 運行FDS FDS Run FDS .。先保存一個合適的*.data文件。然后求解器會啟動。求解過程大約為15分鐘(在我的電腦上)。求解結(jié)束后，會自動跳出SmokeView。 1.9 檢查結(jié)果 在自動彈出SmokeView窗口上面點右鍵Load/Unload Slice File TEMPERATURE *Y=8.0。會顯示前面定義的切面上的溫度云圖。 1.10 分析 在上面的溫度云圖中，我們可以看到，在入口速度為3m/s的時候，隧道內(nèi)有非常顯著的回流。也就是說3m/s的入口速度，不足以阻止煙氣向上游擴散。有興趣的朋友可以增加入口速度，看看這個問題的臨界速度是多少。我試出的臨界速度是4.5m/s左右。 另外一個問題是這個結(jié)果準確嗎,理論上來說LES和k-相比，有很大的優(yōu)越性，但是由于FDS使用是有限差分的方法，而且沒有檢查收斂性(explicit)，