在这个教程中,用户将会创建一个500kW的燃烧火焰并将测量烟柱中心高度为1.5m处的温度。如图2.1所示。
图2.1 本例子中燃烧火焰
该教程展示了该如何实现以下操作。
①创建一个燃烧火焰。
②添加一个热电偶。
③添加一个温度可视化扫描平面。
④运用Smokeview视点查看3D结果。
⑤运用PyroSim视点查看2D结果。
在用户开始创建之前,确保用户使用SI单位。
这个例子里将用0.13m的尺寸来进行网格单元格的划分。对500kW火焰来说,这个值大约是火焰特征半径大小的1/5。这样大小的单元格划分仍然能够维持中等水平的精确度。在网格划分单元格时,单元格划分得越精细,计算的误差也就越小,但是会消耗更多的计算时间。
①在Model菜单上单击Edit Meshes…。
②点击New。
③接受默认名称MESH。点击OK。
④在Min X空格输入o1,在Max X空格输入1。
⑤在Min Y空格输入o1,在Max Y空格输入1。
⑥在Min Z空格输入0,在Max Z空格输入3。
⑦在X Cells空格输入15。
⑧在Y Cells空格输入15。
⑨在Z Cells空格输入24。
⑩点击OK保存更改并关闭对话框Edit Meshes,如图2.2所示。
图2.2 创建网格
在FDS模型中表面是用于定义对象的性质。在这个例子中,定义一个燃烧器表面,其释放热量速率为500kW/m 2 。
①在Model菜单上单击Edit Surfaces。
②点击New。
③在Surface Name空格中输入burner,见图2.3。
图2.3 创建一个新的燃烧器的表面
④在Surface Type菜单中选择Burner。
⑤点击OK,创建出新的默认燃烧器的表面。
⑥在Description空格输入500kW/m 2 burner,见图2.4。
图2.4 定义参数为燃烧器的表面
⑦点击OK保存更改并关闭Edit Surfaces对话框。
在这个例子中,使用一个通风口(vent)以及为了规定火焰预先建立起的燃烧器表面,来定义燃烧器。
①在Model菜单上点击New Vent。
②在Description空格输入burner vent,见图2.5。
图2.5 创建燃烧器
③在Surface菜单选择burner。这说明先前创建的燃烧器的表面将用于定义通风口的性质。
④点击Geometry标签。在Plane菜单中选择Z。
⑤在Min X空格输入o0.5,在Max X空格输入0.5。
⑥在Min Y空格输入o0.5,在Max Y空格输入0.5。
⑦点击OK,创建出新的燃烧器。
①在Model菜单上点击New Vent。
②在Description空格输入open top。
③在Surface的列表中选择OPEN。这是一个默认的表面,意味着这将成为一个开放的边界。
④点击Geometry标签,在Plane列表中选择Z输入3.0。
⑤在Min X空格输入o1.0,在Max X空格输入1.0。
⑥在Min Y空格输入o1.0,在Max Y空格输入1.0。
⑦点击OK创建开放的通风口。
①在Devices菜单上单击New Thermocouple。
②在Device Name输入框中输入thermocouple at 1.5m。
③位置Location行中,在Z框中键入1.5。
④单击OK以创建热电偶。一个黄点会出现在模型中心。点击Show Labels切换和关闭标签。
①在Output菜单上单击Slices。
②在XYZ Plane单击该单元格,选择Y。
③在Plane Value列中单击该单元格类型0.0。
④在Gas Phase Quantity单击该单元格,选择Temperature。
⑤使用Use Vector,单击该单元格,选择NO。
⑥单击OK以创建切片平面。单击Show Slices来控制切换切片平面的开启和关闭。
①要重置变焦和正确选择中心,按Ctrl+R键,PyroSim将沿 Z 轴向下俯视模型。
②在3D视图中按鼠标左键来旋转模型。如图2.6所示。
图2.6 旋转后的模型
燃烧器显示为红色,热电偶为黄色的圆点。切片平面是半透明的,开口是蓝色的。
①在File菜单上单击Save。
②选择一个位置来保存模型。因为FDS模拟生成许多文件和大的数据量,最好每个模拟使用一个新的文件夹。在这个例子中,将创建一个燃烧器的文件夹并命名为burner.psm。
③单击OK保存模型。
①在FDS菜单上单击Run FDS。
②用名称burner.fds来保存这个FDS文件。
③单击Save保存FDS文件,并开始模拟。
④将出现FDS Simulation对话框,并显示模拟的进展。默认情况下,PyroSim指定10s的模拟过程。大约需要1min运行(这根据计算机硬件而定),见图2.7。
图2.7 在分析过程中的模拟对话
⑤当仿真完成后,Smokeview将启动并显示一个三维的静止图像模型,见图2.8。
图2.8 Smokeview的初始显示
①在Smokeview窗口中单击右键以激活菜单。
②在菜单中单击Load/Unload > 3D Smoke > soot MASS FRACTION(RLE),将在这个模型中开始运行烟雾动画。如图2.9所示。
图2.9 三维模型中的烟雾
③要查看动画中的具体时间,单击底部的时间轴栏(timeline bar)。要返回到动画模式,请按T。
④要复位Smokeview,单击右键以激活菜单,然后单击Load/Unload > Unload All。
①在Smokeview的窗口中右键单击激活菜单。
②在菜单中单击Load/Unload > Slice File > TEMPERATURE > Y=0.06667,这将启动一个动画的温度切片平面。请注意平面的 Y 坐标被PDS转移到了对应网格的中心。如图2.10所示。
图2.10 切片平面上的等温线
①在PyroSim窗口的FDS菜单上,单击Plot Time History Results。
②将出现一个对话框,显示了不同类型的2D结果。选择burner_devc.csv,并单击Open查看温度设备输出。如图2.11所示。
图2.11 温度时间历史曲线
下面列出上述建模过程对应的命令流文件,用户可以将其写入文本文件,并保存为后缀为.fds或.txt的文件。然后在FDS软件中读入下面文件内容。
用户可以利用File>Export>FDS File…导出FDS文本文件。
FDS文本文件命令流如下(注意:!”标注的内容是注释信息,读者在测试时可以只键入命令,不需要键入注释信息):
工作文件名是PyroSim存储各种数据时采用的公用名称(前面讲过,不同的数据存储时采用不同的工作文件名,文件类型的表示是它们的扩展名,如.psm表示PyroSim程序文件),每分析一个项目时需要指定一个没有用过的新的工作文件名,主要目的是确保每次分析的文件不被覆盖。
如果不指定工作文件名,所有文件的文件名为untiled。工作文件名可以通过下列方法进行修改。
①新建PyroSim程序时,点击保存按钮,出现保存对话框,此时可以在文件名中输入指定的文件名。
②在新模型建立并保存后,还需要进行文件名称修改的,先关闭PyroSim程序软件,然后直接右击程序文件进行文件名修改。
另外,文件名可以是长度不超过64个字符的字符串,可以包含字母、数字、下划线、横线等,但不允许包含中文字符(因为中文文件名在运行的结果文件文件名为乱码,有的模型甚至不能运行)、@、#等特殊符号。
PyroSim软件建立模型的单位是英制或公制均可。设置单位时,在View菜单点击Units,然后点选希望使用的单位,PyroSim会自动将用户之前输入的数值转换成用户当前选择的单位。无论用户选择哪一种单位,Record View将会始终以适合FDS的单位显示数值。本教程中主要使用SI单位制。如果在PyroSim中使用了不同的单位系统,模拟不会产生预期的结果。为了确保用户使用的是SI单位,在模型建立前应首先设置单位。