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《煙氣擴散數(shù)值模擬.doc》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。
1、煙氣擴散的數(shù)值模擬及分析王祥魏昌興（中國礦業(yè)大學(xué)電力工程學(xué)院，江蘇徐州，）摘要：針對受限空間中煙氣的釋放，運用FLUENT軟件對其輸運和擴散過程進(jìn)行了數(shù)值模擬，得到煙氣濃度的時空分布，并分析了不同影響因素對煙氣擴散的影響。關(guān)鍵詞：受限空間；擴散；數(shù)值模擬；濃度分布TheNumericalStudyOnDiffusionOfFumeInLimitedSpaceAbstract:Thearticlesimulatedthetransportationanddiffusionoffumereleasedinlimitedspacewi
2、thFLUENTcodeandshowedtheconcentrationcontourmapsoffumewithtimeandspaceandthevelocityvectordistribution,andthenstudieddeepintotheinfluenceofdifferentinfluencingfactorstothediffusionoffumeandgavetherelatedconclusions.Keywords:LimitedSpace;Diffusion;NumericalStudy;Conce
3、ntrationDistribution引言大氣污染一直是人們關(guān)注的問題，特別是對于工礦、鋼鐵、電廠等擁有大型燃燒設(shè)備的企業(yè)。研究煙氣擴散的規(guī)律、控制大氣質(zhì)量，對日益緊迫的環(huán)境問題有直接的指導(dǎo)作用。對氣體擴散過程的研究有三種方法：現(xiàn)場試驗、風(fēng)洞試驗和數(shù)值模擬。現(xiàn)場試驗條件與真實場景一致，因此能夠得到真實數(shù)據(jù)與特殊實驗現(xiàn)象，但耗資巨大，時間長，可重復(fù)性差。風(fēng)洞試驗?zāi)M法可以方便調(diào)控某些試驗參數(shù)，試驗可重復(fù)性大，但其難點在于要確定氣體原形與模擬試驗的無量綱相似常數(shù)，而且只能對大氣流動狀況進(jìn)行部分模擬。而數(shù)值模擬由于成本低且場景設(shè)置方
4、便等成為研究氣體擴散的重要手段。故本文采用FLUENT軟件模擬煙氣的擴散問題。1幾何模型運用縮小實驗尺寸模擬，空間尺寸為4.5mX3.6mX2.5，煙囪高度1.2m，直徑65mm，軸心距左側(cè)面0.8m。2數(shù)學(xué)模型煙氣在受限空間內(nèi)釋放以后形成的氣云運動規(guī)律滿足一般Navier-Stokes方程組所描述的流體力學(xué)基本方程組，在湍流流動的描述中將方程組進(jìn)行雷諾近似，并采用k-ε方程來封閉方程組。結(jié)合氣體自身性質(zhì)即應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的本構(gòu)方程，構(gòu)成了不可壓縮粘性流的CFD模型。最終氣體釋放后數(shù)值模擬的CFD模型包含連續(xù)性方程、動量守恒方程、能
5、量守恒方程、湍流動能（k）方程和耗散率（ε）方程。將這些控制方程在計算域上采用一定的離散方法和數(shù)值格式離散后，加上初始條件及邊界條件以后，進(jìn)行迭代求解即可得到離散點上的物理量的值，再采用合適的插值算法即可算出整個流場的任意點出的物理量的值。2.1基本假設(shè)（1）受限空間內(nèi)的空氣作為不可壓縮流體處理，呈湍流狀態(tài)。（2）空氣和煙氣的混合氣體視作理想氣體，遵循理想氣體狀態(tài)方程，煙氣和空氣在流動中不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。（3）假設(shè)環(huán)境溫度為常溫，與外界無熱量交換。（4）假設(shè)在煙氣排放過程中排放速度不變。2.2基本控制方程連續(xù)性方程：ρ為混合物密度
6、，uj為（x,y,z）三個方向上的速度。動量守恒方程：其中，μ是流體的動力粘度，g是重力加速度，P是絕對壓力，ρa是空氣密度。能量守恒方程：其中cp是比熱容，T是溫度，k為流體的傳熱系數(shù)，ST為流體的內(nèi)熱源以及由于粘性作用流體機械能轉(zhuǎn)換為熱能的部分，有時簡稱為粘性耗散項。由于本文研究不可壓縮流動，不考慮溫度對擴散的影響，故熱交換量很小可以忽略不計，因此可以不予考慮能量守恒方程。組分質(zhì)量守恒方程：cs為組分s的體積濃度，ρcs是該組分的質(zhì)量濃度，Ds是該組分的擴散系數(shù)。2.3湍流模型在對于我們所要研究的問題中，選取RNGk-ε模型
7、對湍流進(jìn)行數(shù)值模擬。3網(wǎng)格劃分針對所要解決的三維問題，在ICEM中建模后，采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分，基本單元為六面體單元，如圖所示。4物理模型及邊界條件設(shè)置自然風(fēng)入口（air）——velocityinlet（第一類）煙囪出口（fume）——velocityinlet（第一類）CO2+air（CO2質(zhì)量百分比濃度為22.12%）煙囪壁（fumewall）——wall，無濃度與熱量交換地面（ground）——wall，無濃度與熱量交換其余出口面——outflow5求解計算模型在FLUENT求解器設(shè)置中采用分離式隱式求解器，時間項選取非穩(wěn)態(tài)
8、。用RNGk-ε模型描述流體的湍流流動，啟用組分輸運模型來對氣體擴散過程進(jìn)行數(shù)值模擬?？刂品匠痰碾x散格式采用一階迎風(fēng)格式，壓力插值格式采用標(biāo)準(zhǔn)壓力插值格式，壓力與速度耦合算法采用SIMPLE算法。對時間步長設(shè)置為0.1s,總計算時間為200s。6數(shù)值模擬結(jié)果及分
