FLOW-3D 仿真案例—热羽流分析

关于作者：Jon Wendelbo是FLOW-3D的制造者—Flow Science公司的高级CFD工程师，最近，他开了一个工作博客。第一个帖子发表于2014年2月，迄今为止发表了四篇文章，本文是他博客中的第二篇。

大家好，这个星期有人来咨询我们模拟近地热羽流结构的能力，近地热羽流是电厂冷却系统排放热水产生的。

图1：Flow-3D模型建立-两个发电站的流出管道临近银行左边的那个发电站

这个问题的框架是环保局制订的316(a)和(b)法规。事实上，这些热羽流的建模方法是同那些用于评估的冷却水进水结构（CWIS）的液压带影响（HZI）是十分相关的。以下是发布于去年十二月的在线会议，下载该视频你能了解到更多关于液压带影响的建模（如果想进入优酷音频链接，请点击这里）。

再回到我们的话题上，FLOW-3D不仅解决了纳维斯托克斯方程，包括详细的自由表面动力学系统和大量3D结构湍流模型，同时FLOW-3D充分连接密度变化（通过改变温度、改变初始条件或者改变盐度或浊度等）。值得一提的是如今FLOW-3D能在空间尺寸向上或向上下数万公里非常有效地处理高细节，再也不必将一些模型简化至1D或是2D结构，当然如果不是基于计算时间，这种理性也不复存在。

图2：“地势走向”—发电厂，管道，桥梁和大坝的测深和地理空间布局。

我可以加上我亲眼所见的（反反复复处理类似的模拟），这些流体，尤其是这些热结构（或者说是上游夹带概率图）事实上是高度的三维结构：垂直结构和流体参数的分布在通过水管时是统一的，深度测量方面的细节也是十分有意义的。这里我要说的重点是用3D方式可以精确模拟这些现象。

也就是说，尽管流体的性质十分复杂，事实上，FLOW-3D可以十分简便地建立这类型的模拟。也可以十分有效地在参数空间上进行后续的修改（比如流体状态或新的几何结构）：无论是否是问题的初始划分或是后续迭代，划分操作在所有情况下是最小的。

图3：热羽流示意图，在流体中（左侧）和在河床上（右侧）

在这个例子中，水深测量描绘了圣安东尼奥河的汇流，我又加了一些细节（发电厂、排气管道、排气体积流量和密度），打开额外的与热羽流相关的物理性质（密度评估、湍流模型和质量源），内容并不多。

我们习惯看流体密度和温度（在这我用密度代替）的三维时空分布之后，然后可能会为了得到什么区域在什么时候受到影响的感官而削减掉一些2D的平面图。

我觉得真正有趣的是FlowSight（FLOW-3D的下一代后处理系统），FlowSight可以通过在接触表面上的流体属性给各部件着色（不仅仅是流体，包括河床本身）。

这意味着由于河床受到热羽流的影响，我们能很容易地标出河床各区域的示意图。如果你正着眼于水底社区，这是个很好的方式。

这边有一个关于模拟结果的动画。如果你点击全屏图标（视频右下角），你能更好得看清楚进程。右边的窗口是一个关于带有排气热信号的流体的展示，左上角的窗口也是如此，中间左侧的是一张桥下游的二维垂直剖面图，左下角的窗口是我之前提到过的，我们可以看出和在流体对面的河床本身的热信号。

视频:FLOW-3D模拟安东尼奥热羽流

总的来说，如果绘制热羽流图是你的工作，我建议说FLOW-3D是处理此类研究非常杰出的工具。因为FLOW-3D的精确性、强大性和速度，同时也因为FLOW-3D用来建模十分简单，容易上手，当然还是因为FLOW-3D能很方便、形象地分析结果！

谢谢大家，下次再见，大家有任何问题尽管提！

博文链接：http://simulations-flow3d.blogspot.com/