基于NIST真實(shí)氣體數(shù)據(jù)庫導(dǎo)入CFX的接口開發(fā)

2017-09-02 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院(National Institute of Standards andTechnology,NIST)直屬美國商務(wù)部,從事工程測(cè)量技術(shù)和測(cè)試方法方面的研究,提供標(biāo)準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)參考數(shù)據(jù)及有關(guān)服務(wù),在國際上享有很高的聲譽(yù)。

基于NIST真實(shí)氣體數(shù)據(jù)庫導(dǎo)入CFX的接口開發(fā)cfx培訓(xùn)的效果圖片1

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NIST提供了包括50多種標(biāo)準(zhǔn)材料數(shù)據(jù)庫,如工業(yè)流體與化工,材料性能,熱力學(xué)與熱化學(xué),以及NIST的其它數(shù)據(jù)庫等,其中,尤以真實(shí)氣體物質(zhì)屬性庫跟CFD關(guān)系異常緊密。真實(shí)氣體(Real Gas)是一個(gè)和理想氣體(Ideal Gas)相對(duì)應(yīng)的概念,理想氣體是指熱力學(xué)狀態(tài)嚴(yán)格遵從克拉貝龍狀態(tài)方程的氣體,分子體積與氣體體積相比可以忽略不計(jì),分子之間沒有相互吸引力,分子之間及分子與器壁之間發(fā)生的碰撞不造成動(dòng)能損失等這樣一些特點(diǎn);不滿足上述特點(diǎn)的即可以歸為真實(shí)氣體。理想氣體克拉貝龍方程在標(biāo)況下對(duì)絕大多數(shù)氣體都較為適用,但是在高溫高壓高速相變等環(huán)境下,很多氣體都不再遵循理想氣體規(guī)律,必須要采用真實(shí)氣體的熱物理屬性來進(jìn)行處理。

經(jīng)過長期的研發(fā)工作,NIST將制冷、空調(diào)、壓縮機(jī)、工業(yè)透平等領(lǐng)域常用的制冷劑數(shù)據(jù)庫整合成名為REFPROP(即REference Fluid PROPerties的簡(jiǎn)寫,全稱為NISTReference Fluid Thermodynamic and Transport Properties Database REFPROP v9.1)的軟件提供給用戶,該軟件包含了幾乎所有的常見制冷劑類型(如R600,R134a,RE143a等)。NIST Real Gas模型,就是從REFPROP軟件中引用的具備真實(shí)氣體特點(diǎn)的制冷劑材料模型。

FLUENT內(nèi)置了絕大多數(shù)NIST Real Gas材料模型數(shù)據(jù),可以通過TUI命令行的形式導(dǎo)入(詳參FLUENT User Guide),這里不再展開描述。CFX沒有直接采用NIST真實(shí)氣體物性數(shù)據(jù)庫,而是推薦采用Aungier Redlich Kwong或者Peng Robinson真實(shí)氣體狀態(tài)方程的形式來處理,這種方式的好處是不用完全受制于NIST數(shù)據(jù)范圍的限制,可以通過多項(xiàng)式曲線擬合的形式更靈活地處理范圍更寬廣的溫度或者壓力變化。CFX自帶的真實(shí)氣體物質(zhì)類型主要集成在MATERIALS-redkw.ccl 和MATERIALS-pengrob.ccl等幾個(gè)文件里面,在CFX-Pre里面可以查看;與制冷劑相關(guān)的主要在Redlich Kwong Refrigerants系列里面。

當(dāng)然為了滿足用戶對(duì)工質(zhì)特殊物性的考慮,尤其是隨溫度或者壓力變化的情況,CFX提供了Table功能用于輸入特定形式的物性數(shù)據(jù)表,通過格式為.rgp(即real gas property)的文件來錄入。rgp文件有固定的格式,分為文件頭和數(shù)據(jù)兩大區(qū)塊,分別包含物質(zhì)屬性的摘要信息和詳細(xì)數(shù)據(jù),比如過熱狀態(tài)的壓力上下限值,溫度上下限值,臨界壓力,臨界溫度,數(shù)據(jù)表格(數(shù)組)的格式等等。

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進(jìn)一步地,為了能夠?qū)IST的真實(shí)氣體數(shù)據(jù)讀入CFX,用戶需要將NIST REFPROP下的fld文件轉(zhuǎn)換為rgp格式的文件。在轉(zhuǎn)換的過程中,需要用戶對(duì)rgp文件格式,fld文件格式都有充分的了解和把握,對(duì)所需要提取的物質(zhì)屬性及其變化有充分的認(rèn)知,所以這一部分工作經(jīng)常會(huì)遇到這樣那樣的問題,人工轉(zhuǎn)換效率低、可靠性差,是旋轉(zhuǎn)機(jī)械、制冷工業(yè)、工業(yè)透平等用戶在使用CFX導(dǎo)入NIST制冷劑時(shí)候的一個(gè)瓶頸。

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為了切實(shí)改善這一問題,提高轉(zhuǎn)換的工作效率和準(zhǔn)確率,成都安世亞太研發(fā)了一款專門用于自動(dòng)化地對(duì)NIST物質(zhì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為rgp格式文件的應(yīng)用接口模塊。

這個(gè)接口模塊主要通過基于JAVA,C#,Matlab,Excel等成熟工具的集成開發(fā),形成fld文件到rgp格式文件的自動(dòng)轉(zhuǎn)化,通過規(guī)范化的集成封裝,菜單窗口輸入,函數(shù)調(diào)用,自定義操作,圖形圖線預(yù)覽顯示,表格歸類等手段,給客戶提供一個(gè)專業(yè)且友好的轉(zhuǎn)換環(huán)境,讓數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程變得透明、可視、可復(fù)核,從而極大地提高我們的工作效率。

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該接口模塊開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)主要有:

(1) 文件操作與編輯

(2) 參數(shù)定位識(shí)別與提取

(3) 數(shù)組存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)換

(4) 圖形圖線顯示

該接口模塊目前能實(shí)現(xiàn)的主要功能有:

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(1) 轉(zhuǎn)換流程自動(dòng)化

(2) 菜單窗口輸入

(3) 函數(shù)調(diào)用與擬合

(4) 插值精度檢查與調(diào)整

(5) 圖形圖線預(yù)覽

(6) 物質(zhì)屬性表格創(chuàng)建

(7) 文件存儲(chǔ)與備份

(8) 獨(dú)立安裝運(yùn)行

當(dāng)然,成都安世亞太也可以根據(jù)用戶的需求,對(duì)其他類似的比如石油石化,冶金化工,能源動(dòng)力,風(fēng)電核電,汽油煤油,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),地理地形等等進(jìn)行類似的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與開發(fā),最終滿足終端用戶的需求。歡迎廣大用戶基于NIST真實(shí)氣體數(shù)據(jù)庫導(dǎo)入CFX的接口開發(fā)工具,與我們開展項(xiàng)目合作,計(jì)算咨詢服務(wù),聯(lián)合開發(fā)等等。

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