Home
Technology Tendency
5 thực tiễn tốt nhất cho chia lưới buồng cháy tuabin khí

5 thực tiễn tốt nhất cho chia lưới buồng cháy tuabin khí

2022-04-08 ---

Ansys Fluent tăng tốc quá trình chia lưới các dạng hình học phức tạp, như của các buồng cháy tuabin khí, để tạo ra một lưới chất lượng cao.

Buồng cháy tuabin khí liên quan đến vật lý và hình học phức tạp có các đặc điểm chi tiết. Điều này có thể dẫn đến thời gian quay vòng lâu và chi phí cao để thực hiện mô phỏng CFD.

Ngày nay, các kỹ sư cố gắng giảm thiểu đơn giản hóa hình học cho các buồng cháy tuabin khí để nắm bắt được nhiều hiện tượng vật lý hơn trong một mô hình duy nhất. Điều đó bao gồm việc kiểm tra tất cả các thành phần phụ, như:

Vòi phun nhiên liệu

Vòi phun xoáy

Bộ khuếch tán trước

Các lỗ phun và pha loãng

Mô hình hóa vật lý cháy tạo ra những thách thức vì nó ảnh hưởng đến hiện tượng rối, hóa học, sự cháy, khí thải, phun và nhiều hơn nữa.

Việc nắm bắt vật lý một cách thích hợp trong quá trình cháy đòi hỏi các phương pháp phân giải thang rối (scale-resolving). Ngoài ra, cần phải có lưới rất dày để giải quyết rối một cách chính xác.

Có một lưới đồng đều và dày đặc trong vùng phản ứng sẽ khó sử dụng các cấu trúc liên kết lưới tứ diện hoặc đa diện truyền thống vì bạn có rất ít hoặc không kiểm soát được các biến thể kích thước của các phương pháp không có cấu trúc.

Ansys Fluent có một công nghệ đang chờ cấp bằng sáng chế được gọi là lưới Mosaic giải quyết vấn đề này.

Sử dụng Mosaic, một trong năm phương pháp hay nhất của Ansys để chia lưới thiết bị cháy tuabin khí, sẽ tạo ra lưới chất lượng cao mang lại kết quả chính xác và chắc chắn.

Một nhà sản xuất động cơ máy bay hàng đầu đã được hưởng lợi từ Ansys Fluent với: tốc độ chia lưới gấp 20 lần, thời gian giải quyết giảm 30-50% và kết quả chính xác hơn.

Năm phương pháp tốt nhất để chia lưới buồng cháy tuabin khí bằng Fluent là:

Quy trình hình học kín nước
Chia lưới poly-hexcore Mosaic với khả năng mở rộng tính toán song song
Các lớp lưới biên
Độ mịn lưới trên từng vùng
Chỉ số chất lượng mục tiêu

Để tìm hiểu chi tiết về các phương pháp hay nhất này, hãy đọc sách trắng: 5 Phương pháp Tốt nhất để chia lưới buồng cháy Tuabin Khí Sử dụng Ansys Fluent. Để biết tổng quan về các phương pháp hay nhất này, hãy tiếp tục đọc bên dưới.

1. Quy trình hình học kín nước

Quy trình hình học kín nước dựa theo tác vụ của Ansys Fluent giúp tăng tốc quá trình chia lưới buồng cháy tuabin khí.

Quy trình hình học kín nước Fluent tăng tốc quá trình chia lưới bằng cách tổ chức quy trình thành các quy trình dựa trên tác vụ thân thiện với người dùng.

Quy trình này cung cấp các lựa chọn và tùy chọn có liên quan, nhưng cũng có thể tùy chỉnh linh hoạt.

Các phương pháp hay nhất được nhúng vào từng tác vụ, về chất lượng, ở dạng giá trị mặc định. Nhưng người dùng nâng cao có thể dễ dàng chọn để hiển thị nhiều tùy chọn hơn.

Bạn cũng có thể tự động hóa quy trình chia lưới quy trình công việc hình học kín nước bằng cách sử dụng tệp nhật ký dựa trên python để chia lưới hàng loạt.

Sử dụng quy trình làm việc này sẽ đảm bảo lưới chất lượng cao tạo ra kết quả mạnh mẽ cho hầu hết các trường hợp buồng cháy tuabin khí.

2. Chia lưới poly-hexcore Mosaic với khả năng mở rộng tính toán song song

Công nghệ chia lưới Mosaic của Fluent tăng tốc thời gian chia lưới và tạo ra lời giải nhanh hơn, chính xác hơn. Công nghệ này cho phép kết nối đa diện giữa các loại lưới khác nhau. Mosaic poly-hexcore là công nghệ đầu tiên sử dụng công nghệ này và là sự kết hợp của các phần tử lục diện, lăng trụ đa giác đẳng hướng và các phần tử đa diện mosaic.

Các phần tử lục diện được kỳ vọng vì độ chính xác và hiệu quả của chúng. Vì lưới thể tích vùng lõi tạo ra bằng cách sử dụng các phần tử lục diện, việc chia lưới cho cùng độ mịn lưới dẫn đến giảm tổng số mặt. Điều này mang lại thời gian tính toán nhanh hơn với yêu cầu bộ nhớ và dung lượng ổ đĩa thấp hơn.

Chia lưới song song có thể đẩy nhanh quá trình chia lưới thể tích hơn nữa. Nó có khả năng tạo ra hơn 10 triệu phần tử mỗi phút khi chạy trên 256 lõi.

Lưới poly-hexcore Mosaic có thể tạo ra hơn 10 triệu phần tử mỗi phút khi chạy trên 256 lõi.

3. Các lớp lưới biên

Ba lớp lưới biên được chứng minh là mang lại kết quả chính xác vì Fluent sử dụng mô phỏng hybrid scale resolving, chẳng hạn như SBES, với RANS gần biên tường.

Đối với mô phỏng quá trình cháy tuabin khí trong Fluent, mô hình mô phỏng xoáy lớn (LES) được sử dụng trong miền lõi để nắm bắt chính xác sự hòa trộn và hình dạng ngọn lửa.

Tuy nhiên, LES vẫn không thể nắm bắt chính xác các đặc tính dòng chảy gần tường mà không có độ mịn lưới cao và thường không thể đạt được.

Do đó, Fluent sử dụng mô phỏng hybrid-scale resolving, chẳng hạn như mô phỏng kết hợp ứng suất (SBES). SBES sử dụng Navier-Stokes (RANS) được tính trung bình Reynolds gần các bức tường và LES trong miền lõi.

Do mô hình rối SBES, phương pháp hay nhất thứ ba đề xuất sử dụng ba lớp lưới biện - đã được chứng minh là mang lại kết quả chính xác. Quy trình làm việc tương tự có thể được sử dụng để tạo ra nhiều lớp lưới biên hơn nếu cần.

4. Độ mịn lưới trên từng vùng

Một lưới phần tử lục diện chi phối trong lõi buồng cháy và chia thô trong vùng pha loãng để giảm số lượng phần tử.

Do các đặc điểm phức tạp trong buồng cháy, nên sử dụng các phương pháp hay nhất để làm mịn lưới cho các vùng sau:

Vòi phun xoáy và thiết bị phun

- Sử dụng khoảng 35-45 phần tử tùy thuộc vào thang chiều dài, dọc theo đường kính vòng xoáy để đảm bảo hỗn hợp nhiên liệu-không khí thích hợp cho khả năng dự đoán đánh lửa và khí thải chính xác.

Lõi buồng cháy

- Sử dụng vật thể ảnh hưởng (BOI) để tạo ra lưới đồng nhất chất lượng cao. Điều này sẽ đảm bảo quá trình chuyển đổi lưới mượt mà, từ phía vành vào trong lõi và dự đoán chính xác sự pha trộn, hình dạng ngọn lửa và lượng khí thải.

Lỗ pha loãng

- Có 30-40 phần tử, tùy thuộc vào quy mô chiều dài, dọc theo đường kính để dự đoán chính xác tác động dập tắt của các lỗ pha loãng và vị trí của chúng.

Vùng thứ cấp (Sau khi pha loãng)

- Độ mịn trong vùng pha loãng có thể thô hơn trong vùng chính. Tuy nhiên, nên áp dụng độ mịn đủ để nắm bắt chính xác sự phân tách dòng chảy và có lưới mịn hơn gần các bức tường để nắm bắt truyền nhiệt.

5. Chất lượng lưới mục tiêu

Chất lượng của lưới đóng một vai trò quan trọng trong độ chính xác và ổn định của tính toán số. Sử dụng các phương pháp hay nhất được liệt kê ở trên sẽ dẫn đến lưới mô phỏng chất lượng cao.

Chất lượng trực giao của tế bào được tính bằng cách sử dụng độ lệch của phần tử, vectơ từ tâm phần tử đến từng mặt của nó, vectơ diện tích mặt tương ứng và vectơ từ tâm phần tử đến tâm của mỗi phần tử liền kề.

Giá trị nằm trong khoảng từ 0 đến 1 - với một giá trị đại diện cho chất lượng hoàn hảo. Nhắm mục tiêu chất lượng trực giao cao hơn 0,1.

Tỷ lệ kích thước phần tử tương đương với thước đo độ kéo dài của một phần tử. Tốt nhất bạn nên tránh những thay đổi đột ngột và lớn về tỷ lệ kích thước phần tử ở những vùng mà trường dòng chảy có những thay đổi lớn hoặc biến thiên mạnh. Nhắm mục tiêu tỷ lệ kích thước phần tử tối đa nhỏ hơn 100.

Để có lời giải thích chuyên sâu về từng phương pháp hay nhất, hãy tải xuống sách trắng: 5 Phương pháp Tốt nhất để chia lưới buồng cháy Tuabin Khí Sử dụng Ansys Fluent.