Kipufogó katalizátorok esetében igen fontos az egyenletes áramlás létrehozása. Ellenkező esetben a nagy sebességgel átáramlott részeken az erőteljes hőfejlődés következtében a katalizátor kiéghet. Az áramlás egyenletessége nagyban függ a füstgáz hozzávezetés módjától.
Ebben a példában egy kipufogó szakasz egyszerűsített modelljét fogja elkészíteni. A katalizátor blokkot egy iránytól függően változó (anizotróp) porozitású térrész alkalmazásával modellezzük.
III.1.ábra A légszűrő numerikus hálója
Geometria modell
· Az Analisys System panel Fluid Flow (FLUENT) ikonja segítségével hozzon létre egy projekt sémát!
· Hozzon lét re új geometriai modellt! Geometry/New Geometry
· Válassza a cm mértékegységet!
· Készítsen egy hengert! Create/Primitives/Cylinder:
o Base Plane: ZX plane
o Origin Definition: X = 0, Y=5, Z=-10
o Axis Definition: X=0, Y=0, Z=10, R=2
o Generate
· Másolja le a henger felső (XY síkba eső) kontúr görbéjét új Sketch-ként:
o Válassza egérrel jelölje ki a kör felületet,
o váltson Sketching módba,
o válassza a Modify eszköztárat,
o jelölje ki a kontúr görbét (körvonal),
o Duplicate
o Jobbklikkel válassza a Duplicate selection parancsot,
· Hozzon létre egy tórusz szegmenset! Create/Revolve:
o Base Object: az imént készített sketch,
o Axis: a ZX plane piros (globális Z-vel párhuzamos) tengelye
o Angle: 90°
o Generate
· Másolja le a tórusz szegmens végső keresztmetszetének kontúrját a korábbihoz hasonló módon!
· Hozzon létre egy új plane-t az imént lemásolt sketch plane-jének eltolásával! Create/New Plane:
o Transform: Offset Z,
o Value: 5 cm,
o Generate
· Váltson Sketching módba és készítsen egy 5 cm sugarú kört!
· Hozzon létre egy csonka kúpot!
o Jelölje ki az alap és a tető kontúr körét,
o Create / Skin/Loft
o Generate
· Folytassa a szerkesztést Create/Extrude paranccsal egy 2 cm hosszúságú hengeres csőszakasszal,
· … majd egy 5 cm hosszúságú szakasszal!
· Hozzon létre egy szűkülő csonkakúpot! A felső körének sugara 2 cm , magassága 3 cm.
· Fejezze be a testet egy 5 cm hosszúságú hengeres szakasszal!
· Fagyassza le a modellt! (Ez a későbbi szeleteléshez szükséges.) Tools/Freeze.
· Készítsen két metszést a R=5cm hengeres szakasz második darabjának alsó és felső koordináta síkjával! Create/Slice:
o Slice Type: Slice by Plane
o Plane kiválasztása,
o Generate.
· Keletkezett három test. Foglalja ezeket egy partba!
o Jelölje ki mindhárom testet a Tree Outline-on,
o Jobbklikk, Form New Part.
· Mentse el a projektet és zárja le a Design Modeller ablakát
Hálógenerálás
· Szükség esetén frissítse a projektet és kezdjen hozzá a háló szerkesztéséhez! Mesh/Edit
· A Design Modeller-ben hozza létre a fenti ábrán megjelölt Named Selection-öket:
o velocity_inlet
o Pressure_outlet
o fluid1
o fluid2
o fluid3.
· Adja meg a háló globális méret paramétereit az Outline-on! Mesh/Sizing:
o Min Size: 0.002 m
o Max Face Size: 0.01 m
· Szúrjon be egy Inflation kontrolt! Mesh/Insert/Inflation:
o Geometry: válassza ki a három testet,
o Boundary: válassa ki a cső teljes felületét a belépő és a kilépő keresztmetszet kivételével,
o Inflation option: Total Thickness,
o Number of Lajers: 4,
o Growth Rate: 1.5,
o Maximum Thikness: 0.004 m.
· Szúrjon be egy Method kontrolt:
o Geometry: Mindhárom body kiválasztása,
o Method: Multizone.
o Scr/Trg Selection: Manual
o Source: Válassza ki a belépő keresztmetszetet és a kilépő keresztmetszetet!
· Készítse el a hálót! Mesh/Generate Mesh
· Zárja le a Workbench Mesher ablakát!
Szimulációs paraméterek beállítása
· Indítsa a FLUENT-et a Project Schematic /Setup-al!
· Válassza ki a megfelelő turbulencia modellet! Model/Viscous/Edit/k-epsilon:
o k-epsilon Model: Realizable
o Near-Wall Treetment: Enhanced Wall Treetment.
· Adja meg a belépő áramlás jellemzőit:
o Velocity Magnitude (m/s) = 10
o Turbulence Specification Method: Intensity and Hydraulic Diameter,
o Turbulence Intensity (%) = 10
o Hydraulic Diameter (m) = 0.01
· Válasszon másodrendű pontosságú numerikus sémát a fluxusok számítására:
o Momentum: Second Order Upwind,
o Turbulent Kinetic Energy: Second Order Upwind,
o Turbulent Dissipation Rate: Second Order Upwind.
· Inicializálja a megoldást: Solution Initialization/Initialize
· Futtassa a számítást Run Calculation:
o Number of Iterations = 150,
o Calculate
· Mentse el a projektet és a workbenc-ben egészítse ki a projekt sémát az alábbi ábra szerint:
III.2.ábra A projekt séma ANSYS Workbenc-ben
· Nyissa meg a "B" projekt modelljének Setup elemét!
· Helyezze el a katalizátor tömb modelljét a csőben egy anizotróp porózus blokk alkalmazásával! Cell Zone Conditions/fluid2/Edit:
o Porous Zone: bekapcsolni
o A Porous Zone fülön folytassa az oldalsó csúszka lehúzásával:
o Viscous Resistence: Direction-1 (1/m2) = 1e+8, Direction-2 (1/m2) = 1e+9, Direction-3 (1/m2) = 1e+9.
· Futtassa tovább a számítást! Run Calculation: Calculate.
Kiértékelés
· Hasonlítsa össze a két szimulációs esetre kapott áramképet és nyomásmegoszlást!
· Áramlástani tanulmányai alapján értelmezze a kapott eredményeket!
III.3.ábra Áramvonalak sebesség nagysága szerint színezve porózus zóna nélkül
III.4.ábra Nyomásmegoszlás porózus zóna nélkül
III.5.ábra Áramvonalak sebesség szerint színezve porózus zóna alkalmazásával
III.6.ábra Nyomásmegoszlás porózus zóna alkalmazásával