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2.2 PyroSim标准求解过程实例演示

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。

2.2.1 创建网格

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

2.2.2 创建燃烧器表面

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。

2.2.3 创建燃烧器

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。

2.2.4 创建顶部通风口

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。

2.2.5 添加一个热电偶

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。

2.2.6 添加温度切片平面

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。

2.2.7 为更好地查看而旋转模型

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。

2.2.8 保存模型

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。

2.2.9 仿真运行

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

2.2.10 3D烟雾

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。

2.2.11 查看温度切面

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

2.2.12 观看绘制的时间历史结果图

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

2.2.13 利用命令流文件实现FDS解算

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):

2.2.14 PyroSim求解过程的几点说明

(1)关于工作文件名

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。

(2)关于单位制

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。 SLYsgMgcFRYwzOF7yYnUX80zCgozagn3buEj7gBSPdrrAkcpgRMdePlp3FwH75ve

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