泄爆片分布对袋式集尘器中泄爆结果的仿真研究
场景:
从3月底回到学校后的这一个月左右的时间,我一直在做课题的方向,本来是数字孪生,再加上一个涉爆粉尘的项目,用来做我的研究背景。可惜粉尘爆炸这个方向,需要做实验,而且很多理论也不懂,老师也给不了指导,做了结果也不知道是对是错。于是到了5月初,老师让我放弃这个方向,太难了,这里我把我这段时间的研究进度和成果记录一下,能力有限,有问题请见谅。
解决:
我的大体研究内容为:泄爆面积分布,泄爆片连接方式对泄爆结果的影响。思路是这样的:
1.先在fluent中实现对木粉尘的燃烧爆炸仿真,验证其可信度
2.然后把爆炸的压力结果放到静力仿真中,设计泄爆片在一定压力下,打开的仿真
3.最后设计流固双向耦合,验证泄爆仿真的可信性
4.在3的基础上,计算泄爆面积,设计泄爆分布方案(比如一共2m^2的面积,我可以设计为两个一平方米,间隔0.5m的正方型,上下分布),探索泄爆面积分布的影响
5.在3的基础上,采用两种泄爆片连接方式:铰链式,铆钉固定式,探索连接方式的影响
我目前的进度以及结果为:
1.实现对木粉尘的燃烧爆炸仿真,验证其可信度(基本完成)
由于无法做木粉尘的爆炸参数的实验,我采用fluent自带的木粉尘,其反应方程通过查阅帮助手册,如下:
我曾经想过通过迁移学习训练不同可燃物的爆炸参数,是我不懂事了,没想到深入了解之后发现每个爆炸反应都十分复杂,不是能随便学习的。
设计带式集尘器,并进行建模和网格划分(by the way,这也是我上个月刚学的,一开始啥都不会),其规格和材质如下:
我的模型如下:
对比一下20L球体粉尘爆炸压力曲线,和我的仿真图:
参考论文中的参考图
仿真的压力曲线图
主要有两个阶段,阶段一是压力上升阶段,此时容器内发生燃爆,压力急剧上升,若最大压力超过容器材料的屈服强度后,容器破裂;阶段二是压力下降阶段,此时容器内氧气消耗过大,燃烧不再进行。可以看出,基本趋势是一致的。但是这里最大爆炸压力很小,是因为我仿真设计的参数太小,为了尽可能提高最大爆炸压力(一开始想做密闭容器爆破的仿真,要求超过Q235的极限,后来发现实际中很少会超过这个值),我做了很多组仿真实验(主要没条件做真实的实验),如下:
其中,入射总流量代表入射浓度,表达式如下:
这里还没做完,应该要选出一组参数,使得最大爆炸压力最大。
之后有次汇报,老师建议把方向改为可燃物浓度,入口风速对爆炸的影响,可惜这方面论文太多了,而且别人是用实验仪器做出来的。
2.然后把爆炸的压力结果放到静力仿真中,设计泄爆片在一定压力下,打开的仿真(完成一半)
这里我实现了流固单向耦合,把爆炸产生的压力传给应力仿真,但是我没解决一个问题,就是:
如何实现泄爆片受力超过一定值后,才开启(即做旋转运动)?
但是我的主要解决方向如下,还没尝试:
1,尝试给接触添加摩擦参数,同时采用旋转连接副
2,尝试在双向流固耦合中用UDF控制动网格的开启
现在主要实现了泄爆片的开启。
3.实现流固双向耦合,验证泄爆仿真的可信性(完成一半)
这里我实现了双向流固耦合(应该吧),但是因为还没实现泄爆应力,无法验证泄爆仿真的可信度。这是实验中泄爆的压力图(该文作者的图例还标记错了):
讲一下双向流固耦合中几个关键点我是怎么处理的:
1,流体域和固体域的抽取,用spaceclaim的体积抽取
2,网格数太多,固体域我先建模,然后用中间面提取,然后在mechanical中用壳单元,这样可以实现网格面的减少
3,计算不收敛,可以减低网格尺寸;保证fluent动网格区域的网格尺寸和 mechanical中的网格尺寸一致;降低迭代时间步长,我用0.001s;动网格时记得设置高级参数中的最大和最小网格尺寸
4, mechanical中固定支撑和连接副有重合时,会有告警提示,通常下没有影响
给出我的双向流固耦合,计算的时候真的是20ms的仿真我要等一下午,电脑还是太差:
有想要我项目的联系我吧,百度云太慢了,阿里云不支持rar的分享。
4.探索泄爆面积分布的影响和泄爆片连接方式的影响(未果)
其他:
其实在这之前,想着实现参数化设计集尘器的数字孪生体,参数化还好做,但是数字孪生比较困难。查阅了用Ansys的数字孪生构建,但是在关键一步缺少fluent extension插件(有朋友有的话,可以联系我一下吗?),无法实现降阶rom的构建。去Ansys官网查询插件,得到:
即:收美国出口法规影响,不支持插件的下载和获取。
参考:
《碳粉爆炸及泄放特性研究》--于洪闯
基于Ansys Twin Builder 2021 R2的数字孪生模型搭建_哔哩哔哩_bilibili