催化转换器（ Catalytic Converter ）

催化转换器（Catalytic Converter） 实例 4

介绍（Introduction） • 本实例演示在CFX-Pre中如何使用多网格和多域以及如何用static fluid-fluid domain interfaces把他们粘贴在一起 • 它也将展示如何模拟流体域中被定义为流体子域的催化层 • 本实例将展示如何在子域中施加定向损失模型的阻力源项（动量损失）

基本数据（Basic Data） • 转换器尺寸： - 入口管：直径=0.4 [m] - 中部腔体横截面积： 1 [m] x1 [m] - 催化层厚度=0.1 [m] - 总长：入口-出口=3.4 [m] • 由于垂直对称，只考虑一半几何体 • 工作流体为air (ideal gas) • 流动条件： - 入口：质量流量 = 0.38 [kg/s] 温度 = 580 [K] - 出口：静压 = 0 [Pa]

导入网格（Import Grid） • 创建新的模拟，命名为：catflow.cfx • 导入CFX 网格 (gtm)文件: catmain.gtm • 导入CFX 网格 (gtm) 文件: catpipe.gtm

旋转网格集合（Rotate Mesh Assembly） 单击Transform Mesh Assembly图标，旋转Assembly4

创建联合区域（Create Union Region） • 在CFX-Pre工作区单击 Regions标签 • 单击Create New Object图标 • 命名Converter • 定义Combination为Union, • 设置维数3D • 在Region List，输入： Assembly, Assembly2, Assembly3, Assembly4和Assembly5 • 创建另一个联合区域命名为 symmetall • 设置维数 2D • 在Region List，输入： pipesym, pipesym 2, symcent1, symcent2, symlayer

定义域（Define Domain） • 定义域，命名为Converter，Location（定位）=Converter，设置Fluid List=Air Ideal Gas，Reference Pressure（参考压力）=1 [atm] ，不考虑浮力（Non Buoyant）。 • 选择换热模型为Isothermal，Fluid Temperature（流体温度）=580 [K]

定义子域（Define Sub-domain） • 通过催化层的压力降可以视为通过有限厚δ的多孔介质层的压力降，此压力降以二次方形式给定，因此相应的系数表达为 KQ=(ΔP/Δx)/V2 其中 V是流体速度。 • 技术书籍和手册给出了基于表达式KB=(ΔP)/(ρV2/2)的coefficient KB的信息，其中 ρ和V分别代表流体密度和速度 • 因此输入到CFX的系数KQ如此计算：KB*ρ/2δ • 对于所给的实例，KB值估计为40，流体密度为0.61 [kg/m3], 催化层厚度为0.1 [m],因此输入到子模型动量源项中的二次方系数值为122. [kg/m4]

定义子域（Define Sub-domain） • 从主工具条中单击Sub-domain图标 • 在域Converter中设置命名为 catlayer • 在Basic Settings中,设置Location为B74 • 单击Sources标签并打开Sources, Momentum Source/Porous Loss Model和Directional Loss Model • 在Streamwise Direction下, 设置： Option=Cartesian Components, X-component=0, Y-component=0, Z-component=1 • 对于 Streamwise Loss, 设置 Option=Linear and Quadratic Coeffs. • 打开 Quadratic Coefficient 并设值为 122. [kg/m4] • 单击OK 创建子域

边界条件（Boundary Conditions） • 定义入口边界条件 name=inlet ， location=pipend 2. • 设置流体法向速度=10. [m/s], 保持默认湍流值 • 定义出口边界条件name=outlet，location=pipend. • 设置平均静压=0 [Pa] • 定义对称边界条件name=symmet，location=symmetall • 剩下的表面被自动归为一组，默认无滑移壁面边界条件

交界面（Interfaces） • 有四个fluid-fluid交界面 • 第一个交界面名字：LayerUps 面1：Domain (Filter)=All Domains Region List, 选择区域: F49.48 面2：Domain (Filter)=All Domains Region list, 选择区域: F79.74 • 注意如果区域名在原始网格程序中没有被定义，则可以选择原始的CAD区域 • 连接方法: GGI • 交界面模型: Frame Change Option=None Pitch Change: Option=Automatic

交界面（Interfaces） • 其他三个交界面按同样的方法设置: • 交界面名称: LayerDns 面1, Region List: F25.26 面2, Region List: F77.74 • 交界面名称: PipeUps 面1, Region List: F47.48 面2, Region List: F29.22 2 • 交界面名称: PipeDns 面1, Region List: F20.26 面2, Region List: F29.22

初始化（Initialisation） • 进行全局初始化 • 在笛卡尔速度分量下使用 Option=Automatic with Value, 设置: U=0, V=0, W=1 [m/s] • 对于Static Pressure保持option设置为Automatic turbulence设置为K-Epsilon • 在面板底部选中Turbulence Eddy Dissipation 复选框

求解器控制（Solver Control） • 对于流体域，选择如下求解器参数: • Advection Scheme（对流项）: - Option=High Resolution • Convergence Control（收敛控制）: - Timescale Control=Physical Timescale （时间步=物理时间步） - Physical time scale（物理时间步）=1 [s] - Max. Num. Of Iteration（最大迭代数）=50 • Convergence Criteria（收敛准则）: - Residual Type（残差类型）=RMS - Residual Target（残差目标）=1.E-04

写出求解器文件（Write Solver File） • 单击Write Solver (.def) file图标 • 保持Operation设置为Start Solver Manager • 打开Report Summary of Interface Connections • 单击OK • 在信息窗口单击OK • 选择File>Quit • 单击Yes保存CFX文件

求解器管理器图形界面（Solver Manager GUI）

后处理结果（Post-Processing the Results） • 观察计算结果: • 在对称平面上创建速度分布矢量图(区域symmet) • 在对称平面上创建静压分布等值线图 • 沿流动路径在各种XY平面（Z=常数）上创建类似的图形. • 计算通过催化层的压力降: • 在Z=-0.56 [m]处选择XY平面 (恰好在催化层上游)，计算在这个平面上的平均静压 • 在Z=-0.44 [m]处选择XY平面 (恰好在催化层下游)，计算在这个平面上的平均静压 • 把此信息与从入口到出口通过整个系统的全部压力降结合起来

催化转换器（ Catalytic Converter ）