Simulieren Sie die Mischung von zwei ähnlichen Fluiden mithilfe einer Skalar-Randbedingung und durch die Festlegung von skalarabhängigen Fluideigenschaften.
Skalar-Randbedingungs- und -Eigenschaftsvariation
Zum Simulieren der Mischung von zwei Fluiden verwenden Sie die Skalar-Randbedingung, um die relativen Konzentrationen der beiden Fluide nachzuverfolgen. Beispiel: Weisen Sie für die Darstellung des ersten Fluids eine Skalar-Randbedingung 0 und für die Darstellung des anderen Fluids eine Skalar-Randbedingung 1 zu. Dies ist neben den typischen Geschwindigkeits- oder Durchfluss-Randbedingungen erforderlich, um die Strömung zu erzeugen.
Ein einzelnes Material wird im Strömungsbereich definiert und zwar so, dass seine Eigenschaften von der Skalarbedingung abhängen. Beispiel: Eine stückweise lineare Variation für die Dichte als eine Funktion von Skalar bewirkt, dass die Dichte auf Basis der relativen Konzentrationen der beiden Fluide variiert. Die anderen Eigenschaften wie Viskosität, Wärmeleitfähigkeit usw. können auf die gleiche Weise variiert werden.
Diffusionskoeffizient
Zum korrekten Simulieren der Mischung ist ein Diffusionskoeffizient eine erforderliche Eingabe. Aktivieren Sie im Dialogfeld "Start" die Option "Allgemeiner Skalar" im Dialogfeld "Erweitert", und geben Sie einen Wert für den Diffusionskoeffizienten ein.
Der Diffusionskoeffizient steuert die Massendiffusion der skalaren Größe im umgebenden Fluid. Ein Wert von 0 verhindert eine Diffusion der skalaren Größe. Diese Größe ist DAB im Fick'schen Gesetz:
wobei jA der Massenfluss der Art A ist und angibt, wie viel von A (pro Zeit und pro Einheitsfläche lotrecht zur Übertragungsrichtung) übertragen wird. Er ist proportional zur Massendichte der Mischung und zum Gradienten des Massenanteils der Art, mA. Die Einheiten des Diffusionskoeffizienten sind Länge zum Quadrat durch Zeit.
Einige Beispiele von Werten des Diffusionskoeffizienten:
|
Fluid 1 |
Fluid 2 | Diffusionskoeffizient |
| Luft (STP) | Propan | 0.1 cm²/s |
| Luft (STP) | LNG | 0.16 cm²/s |
| Luft (STP) | Benzin | 0.05 cm²/s |
| Luft (STP) | Wasserstoff | 0.61 cm²/s |
| Luft (STP) | Kohlendioxid | 0.16 cm²/s |
| Luft (STP) | Sauerstoff | 0.20 cm²/s |
| Luft (STP) | Wasserdampf | 0.25 cm²/s |
Der Diffusionskoeffizient eines Fluids ist in der Regel in Luft 10,000-mal größer als in Wasser.
Beispiel: Mischen von Luft und CO2
Um Luft und Kohlendioxid in einem Behälter zu mischen, legen Sie zuerst (willkürlich) fest, dass die Luft durch einen Skalarwert 0 und das Kohlendioxid durch einen Skalarwert 1 dargestellt werden.
Die beiden Gase strömen durch verschiedene Einlässe ein, mischen sich und strömen dann durch den Auslass aus.
Die Randbedingungen für den Lufteinlass sind die Geschwindigkeit (oder der Durchfluss) und die Skalarbedingung = 0. Die Randbedingungen für den Kohlendioxideinlass sind die Geschwindigkeit (oder der Durchfluss) und die Skalarbedingung = 1.
Weisen Sie dem Behälter ein einziges Material zu, aber ändern Sie die Dichte als eine Funktion von Skalar. Eine stückweise lineare Variationsmethode ist die zweckmäßigste Variationsmethode. Die Dichte der Luft beträgt 1.2047e-6 g/mm3, und die Dichte des Kohlendioxids 1.773e-6 g/mm3. Die Tabelle sieht daher folgendermaßen aus:
Die übrigen Eigenschaften können auf die gleiche Weise variiert werden. Die Dichte hat in der Regel den größten Einfluss auf die Lösung, aber die Viskosität kann ebenfalls variiert werden.
Klicken Sie vor dem Anwenden des Materials im Dialogfeld "Umgebung" auf "Bearbeiten" und wählen Sie Variable aus. Dies ist erforderlich, damit die Materialeigenschaften variieren können.
Klicken Sie auf der Registerkarte Physik im Dialogfeld Start auf die Schaltfläche Erweitert und aktivieren Sie Allgemeiner Skalar. Da Luft und Kohlendioxid gemischt werden, muss ein Diffusionskoeffizient von 16 mm2/s angegeben werden.
Wenn die Analyse ausgeführt wird, wird sich die skalare Menge im Behälter auf Basis der Strömung ausbreiten und das Material wird gemäß dem Skalar angepasst. Die Strömungs- und Skalarlösungen sollten gemeinsam ausgeführt werden, da die Eigenschaften mit der Strömungslösung variieren.
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