案例2 - 烟囱热气扩散

1.案例介绍

大气污染一直是人们关注的问题，特别是对于工矿、钢铁、电厂等拥有大型燃烧设备的企业。研究烟囱气体扩散的规律、控制大气质量，对日益紧迫的环境问题有直接的指导作用。在格物CAE中，借助大气流场模块，可以模拟烟囱排放的气体在大气流场中的扩散情况。

本案例中，烟囱高5m，半径1m，而环境大气条件下的空气流速在高度上遵循幂指数分布规律。本案例将指引如何通过气象文件对大气条件下的空气流速进行定义，完成大气流场的仿真模拟。模型如下图：

2.计算文件

网格文件：smoke_msh4.med

计算数据文件：meteo_wind

3.操作说明

本案例在格物CAE -> 大气流场仿真模块模块中完成。

3.1 网格导入

下载网格文件，在 大气流场仿真 -> 网格中，类型选择 上传网格，点击上传网格，依照指示将网格文件导入。

3.2 选择湍流模型

点击 大气流场仿真，进行湍流模型的选取。选择湍流模型为 k-epsilon，时变特性为 稳态，大气流场类型选择 干燥大气，其他保持默认，设置完成情况如图所示：

3.3 全局模型

在 大气流场仿真 -> 全局模型 中，设置z方向重力大小 - 9.81 m/s2，负号表示沿 z 轴负方向，其余方向重力设为 0，设置完成情况如图所示：

3.4 大气流场

在 大气流场仿真 -> 大气流场 中，设置大气数据类型为 气象数据文件，点击 本地上传 上传气象数据文件 meteo_wind，设置情况如图所示：

3.5 选择材料

点击 大气流场仿真 -> 材料 右侧的 [+]，添加流体材料 空气 。在大气流场仿真模块中，空气物性无法修改，保持默认，如图所示：

3.6 初始条件

点击 大气流场仿真 -> 初始条件，设置初始状态下流场的速度均为 0，设置温度初值为 300K，设置完成情况如图所示：

3.7 边界条件

点击 大气流场仿真 -> 边界条件 右侧的 [+]，依此进行如下边界条件的定义：

• 大气边界-入口

选择速度入口，边界类型选择 大气边界 ，点击 施加位置 右侧的 [+]，勾选 inlet_air，设置完成情况如图所示：

• 大气边界-出口

选择速度入口，边界类型选择 大气边界 ，点击 施加位置 右侧的 [+]，勾选 outlet，设置完成情况如图所示：

• 壁面

选择壁面，点击 施加位置右侧的 [+]，施加位置勾选 bottom 和 wall_in，温度类型设置为 定温度300K，设置完成情况如图所示：

• 对称面

选择对称面，点击 施加位置右侧的 [+]，施加位置勾选 sym 、top 和wall_left，设置完成情况如图所示：

• 烟囱入口

选择速度入口，设置速度为1m/s，质量流量设为0，温度设为 400K，点击 施加位置右侧的 [+]，施加位置勾选 inlet_smoke，设置完成情况如图所示：

3.8 设置时间步和计算资源

点击 大气流场仿真 > 时间步&资源，保持 定时间步长计算 ，选择时间步数为 1000，时间步长为 0.01 s，选择使用的核数为 16 , 输出频率为 50 ，即每计算50步输出一帧后处理结果，如图所示：

4. 提交计算和查看仿真结果

设置完成后，点击 仿真计算，点击 开始计算，即可提交计算。

计算完成后，在大气流场仿真处会显示绿色图标，同时仿真计算处会显示成功，此时可开始进行仿真结果的查看。

点击 仿真计算->结果云图，选择物理场为 RealTemp/RealTemp ，即可观看建筑群周边的流场分布到达稳态。