스칼라 경계 조건을 사용하고 스칼라 종속 유체 특성을 정의하여 유사한 두 유체의 혼합을 시뮬레이션합니다.
스칼라 경계 및 특성 변형
두 유체의 혼합을 시뮬레이션하려면 스칼라 경계를 사용하여 두 유체의 상대 농도를 추적합니다. 예를 들어 첫 번째 유체를 나타내려면 스칼라 경계 조건 0을 지정하고, 나머지 다른 유체를 나타내려면 스칼라 경계 조건 1을 사용합니다. 이 경계 조건은 흐름을 구동하는 데 필요한 일반 속도 또는 유량 경계 조건 이외의 조건입니다.
단일 재료가 흐름 영역 내에 정의되어 있고, 해당 특성이 스칼라 조건에 따라 변경되도록 정의되어 있습니다. 예를 들어 스칼라 함수에 따른 밀도에 대한 구간 선형 변형으로 인해 밀도가 두 유체의 상대 농도에 따라 변경됩니다. 다른 특성, 점도, 전도율 등도 같은 방법으로 변경할 수 있습니다.
확산 계수
혼합을 제대로 시뮬레이션하려면 확산 계수를 반드시 입력해야 합니다. 해석 대화상자의 고급 대화상자에서 일반 스칼라를 활성으로 설정하고 확산 계수 값을 입력합니다.
확산 계수는 스칼라 수량의 질량 확산을 주변 유체로 제어합니다. 값이 0이면 스칼라 수량의 확산이 방지됩니다. 이 수량은 픽의 법칙에서 DAB입니다.
여기서 jA는 종 A의 질량 플럭스로, 전송되는 A의 양입니다(전송 방향에 수직인 단위 면적당 및 시간당 전송). 혼합 질량 밀도 및 종 질량 분율의 그라데이션 mA에 비례합니다. 확산 계수 단위는 시간당 길이의 제곱입니다.
다음과 같이 분율 확산의 몇 가지 샘플 값이 제공됩니다.
|
유체 1 |
유체 2 | 확산 계수 |
| 공기(STP) | 프로판 | 0.1cm²/s |
| 공기(STP) | LNG | 0.16cm²/s |
| 공기(STP) | 가솔린 | 0.05cm²/s |
| 공기(STP) | 수소 | 0.61cm²/s |
| 공기(STP) | 이산화탄소 | 0.16cm²/s |
| 공기(STP) | 산소 | 0.20cm²/s |
| 공기(STP) | 수증기 | 0.25cm²/s |
일반적으로 유체의 확산 계수가 물보다 공기에서 10,000배 큽니다.
예: 공기와 CO2 혼합
용기에서 공기와 이산화탄소를 혼합하기 위해 먼저, (임의로) 공기를 스칼라 값 0으로 표시하고, 이산화탄소를 스칼라 값 1로 표시하기로 결정했습니다.
두 스트림이 별도의 입구를 통해 들어와 혼합된 후 출구를 통해 나갑니다.
공기 입구에 대한 경계 조건은 속도(또는 유량)이며, 스칼라 조건은 0입니다. 이산화탄소 입구에 대한 경계 조건은 속도(또는 유량)이며, 스칼라 조건은 1입니다.
용기에 단일 재료를 지정하되 스칼라 함수인 밀도를 수정합니다. 구간 선형 변형 방법이 가장 편리한 변형 방법입니다. 공기 밀도가 1.2047 e-6 g/mm3이고, 이산화탄소 밀도가 1.773e-6 g/mm3입니다. 그러면 테이블이 다음과 같이 구성됩니다.
다른 특성을 동일한 방식으로 바꿀 수 있습니다. 대개 밀도가 솔루션에 가장 큰 영향을 주긴 하지만 점도 역시 변경할 수 있습니다.
재료를 적용하기 전에 환경 대화상자에서 편집을 클릭하고 가변을 선택합니다. 재료 특성이 달라지려면 이 옵션을 선택해야 합니다.
해석 대화상자의 물리학 탭에서 고급 버튼을 클릭하고 일반 스칼라를 사용으로 설정합니다. 공기와 이산화탄소를 혼합하고 있으므로 확산 계수를 16mm2/S로 지정해야 합니다.
해석이 실행되면 흐름에 따라 스칼라 수량이 용기 전체에 전달되고 재료가 스칼라에 따라 조정됩니다. 특성이 유동 솔루션에 따라 다르기 때문에 유동 및 스칼라 솔루션을 함께 실행해야 합니다.
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