FloEFD Advanced Module: моделирование гиперзвука и горения

FloEFD – это универсальное программное решение для проведения гидрогазодинамического анализа, встроенное в программную среду механического САПР: CATIA V5, PTC Creo, Siemens NX, Solid Edge, SOLIDWORKS. Пользовательский интерфейс и справка FloEFD доступны на русском языке. FloEFD предназначен для инженеров-конструкторов, не требует специализированных знаний в проведении гидрогазодинамического анализа. С помощью FloEFD, инженер-конструктор может проанализировать конструкцию на ранних этапах проектирования, обнаружить и исправить ошибки, ускорить серийное производство.

FloEFD признанное во всем мире программное решение для проведения точного гидрогазодинамического анализа
FloEFD признанное во всем мире программное решение для проведения точного гидрогазодинамического анализа

FloEFD Advanced Module ­– это дополнительный модуль к программному продукту FloEFD, позволяет провести моделирование гиперзвукового течения и процессов горения.

FloEFD Advanced Module  используется для моделирования гиперзвукового течения и анализа горения
FloEFD Advanced Module используется для моделирования гиперзвукового течения и анализа горения

Моделирование процессов горения

  • Горение предварительно не перемешанных компонентов (горение начинается сразу и бесконечно быстро при смешивании).
  • Предварительно смешанное горение, для запуска которого требуется воспламенение.
  • Предопределено 26 видов топлива и 5 окислителей.
  • Визуализация распределения массовой доли компонентов горения для: Оксид углерода (СО), Диоксид углерода (CO2), Азот (N2), Оксид азота (NO), Диоксид азота (NO2), Диоксид серы (SO2), Вода (H2O), Остаточное топливо, Остаточный окислитель.

Равновесная модель горения газа

  • При определенных условиях смесь, состоящая из нескольких веществ, может реагировать.
  • Если в ходе реакции выделяется энергия – это называется горение.
  • FloEFD позволяет учитывать тепловые эффекты горения в газовых смесях.
  • Равновесный подход означает, что горение начинается бесконечно быстро при смешении (без предварительного перемешивания).
  • На практике есть много случаев, в которых газовые смеси (топливо и окислитель) находятся при комнатной температуре и эти смеси не вступают в реакцию приданных условиях.
  • Для проведения анализа вышеуказанного случая добавлена опция “Горение с конечной скоростью образования равновесных продуктов сгорания”. Это требует моделирование воспламенителя, чтобы начать реакцию горения.

Бесконечно быстрая реакция:

  • Горение начинается сразу же после смешивания.
  • Нет возможности работать с предварительно перемешанными смесями.

Ограниченная скорость горения:

  • Скорость горения является конечной, только часть смеси реагирует мгновенно, т.е. если горючее и окислитель смешаны заранее, горение происходит только там, где температура превышает температуру воспламенения.
  • Применяется в нестационарных расчетах.
  • Температура воспламенения – это минимальная температура, при которой начинается горение. Если температура горючей смеси ниже заданной температуры воспламенения, должен быть установлен источник тепла для воспламенения смеси.

FloEFD бесконечно быстрая реакция
(Слева) Бесконечно быстрая реакция (Справа) Ограниченная скорость горения

Параметры визуализации

  • Массовая концентрация горючего – массовая доля горючего в исходной смеси.
  • Массовая концентрация окислителя – массовая доля окислителя в исходной смеси.
  • Объемная концентрация горючего – объемная доля горючего в исходной смеси.
  • Объемная концентрация горючего – объемная доля окислителя в исходной смеси.
  • Массовая доля продуктов сгорания – массовая доля продуктов сгорания в полученной смеси, состоящая из продуктов сгорания и, в зависимости от состава и условий смеси, остаточные топлива.
  • Оксид углерода (CO), Диоксид углерода (CO2), Азот (N2), Оксид азота (NO), Диоксид азота (NO2), Диоксид серы (SO2), Вода (H2O).
  • Массовая концентрация несгоревшего горючего – массовая доля оставшегося горючего в полученной смеси.
  • Массовая концентрация непрореагировавшего окислителя – массовая доля оставшегося окислителя в полученной смеси.
  • Объемная концентрация продуктов сгорания – объемная доля продуктов сгорания в полученной смеси.
  • Объемная концентрация несгоревшего горючего – объемная доля оставшегося горючего в полученной смеси.
  • Объемная концентрация непрореагировавшего окислителя – объемная доля оставшегося окислителя в полученной смеси.
  • Полнота сгорания – массовая доля горючей смеси, которая уже прореагировала на данной итерации.

Тепловое излучение может выделяться/поглощаться газами (H20, CO и CO2) при анализе горения (доступно для моделей излучения Дискретные Ординаты или Монте-Карло).

FloEFD Advanced Тепловое излучение
Тепловое излучение может выделяться/поглощаться газами (H20,CO и CO2) при анализе горения

Анализ горения позволяет рассчитать массовую концентрацию оксида азота (NO) в неравновесном состоянии на основе тепловой модели Thermal-NO (Zeldovich-NO). Механизм тепловой модели оксидов азота NO является основным источником NOx продуктов сгорания при температуре выше 1800 К.

FloEFD Advanced Анализ горения позволяет рассчитать массовую концентрацию оксида азота в неравновесном состоянии
Анализ горения позволяет рассчитать массовую концентрацию оксида азота в неравновесном состоянии

Топливо или окислитель можно задать молекулярной формулой. Пользователь может установить входную температуру как температуру исходных компонентов или температуру продуктов горения.

FloEFD Advanced Топливо или окислитель можно задать молекулярной формулой
Топливо или окислитель можно задать молекулярной формулой

База данных со сведениями о термодинамических и теплофизических свойствах веществ (NIST) с расширенными свойствами реальных газов.

Примеры использования

Моделирование горения факела

FloEFD Advanced Моделирование горения факела
Моделирование горения факела

Моделирование гиперзвукового течения

  • Гиперзвуковое течение с числом Маха 5 < M < 30.
  • Высокотемпературная диссоциация и ионизация воздуха.
  • Тонкий ударный слой и вязкое взаимодействие.
FloEFD Advanced (a) Дозвук (б) Сверхзвук (в) Гиперзвук
(a) Дозвук (б) Сверхзвук (в) Гиперзвук

Моделирование гиперзвукового течения

  • В аэродинамике, гиперзвуковая скорость это скорость с числом Маха > 5 (в 5 раз превышающая скорость звука).
  • Гиперзвуковой режим является частью сверхзвукового режима течения.
  • Диапазон чисел Маха от 0.75 до 1.2 является трансзвуковым течением.
  • Точное число Маха, при котором можно говорить что течение является гиперзвуковым трудно определить, особенно в связи с физическими изменениями в потоке воздуха (диссоциация, ионизация). Как правило, принимается, что при числе Маха больше 5 поток является гиперзвуковым.
FloEFD Advanced Моделирование гиперзвукового течения
Моделирование гиперзвукового течения

  • Течение в воздухе: возможность расчета течений с дозвуковыми, трансзвуковыми, сверхзвуховыми и гиперзвуковыми скоростями.
  • Гиперзвукой расчет (до числа Mаха = 30). Используется модель равновесного воздуха (термодинамические свойства среды рассчитываются по составу смеси).
  • Атмосфера Марса (до числа Mаха= 30). Используется модель равновесной смеси (термодинамические свойства среды рассчитываются по составу смеси).
  • Возможны расчеты с дозвуковыми, трансзвуковыми, сверхзвуховымии гиперзвуковыми скоростями.

Угол атаки 20 градусов

FloEFD Advanced распределение чисел Маха
(а) распределение чисел Маха (б) температурное поле

Скачать полную версию описания модуля FloEFD Advanced Module (скачать)

По вопросам приобретения, бесплатного тестирования и любым другим вопросам, пожалуйста, обращайтесь:
📨  info@cad-is.ru 📞 7 (495) 175-571-4 или через форму обратной связи: https://www.cad-is.ru/forms/price

Дополнительные статьи по теме