Các công cụ tính nhanh cho kỹ sư, chia theo nhóm. Kết quả là giá trị ước tính ban đầu; kiểm tra lại trên mô hình hoặc số liệu thực tế.
Thông số lưới, điều kiện biên và bước thời gian cho mô hình CFD, xếp theo trình tự thiết lập.
Chế độ dòng chảy, hệ số ma sát và tổn thất áp suất trong ống, kênh.
Số Reynolds so sánh quán tính của dòng chảy với độ nhớt của môi chất. Re nhỏ: dòng chảy êm, các lớp trượt song song (dòng tầng). Re lớn: dòng chảy xáo trộn mạnh (dòng rối).
Re cho biết có cần mô hình rối hay không. Đây cũng là đầu vào của hầu hết các ước tính khác: hệ số ma sát, y+, điều kiện biên dòng rối.
Chọn tiết diện, nhập vận tốc trung bình và kích thước. Tiết diện không tròn được quy về đường kính thủy lực Dh. Kéo thanh vận tốc để thấy dòng chuyển từ tầng sang rối.
Kiểm tra giả thiết không nén và chọn mô hình mật độ phù hợp.
Số Mach là tỉ số giữa vận tốc dòng chảy và tốc độ âm trong môi chất. Ma = 1 nghĩa là dòng chảy nhanh bằng tốc độ âm.
Khi Ma nhỏ, khối lượng riêng của khí gần như không đổi nên có thể coi là hằng số; mô hình đơn giản và tính nhanh hơn. Khi Ma lớn, khí bị nén đáng kể; bỏ qua điều này làm sai áp suất, nhiệt độ và lưu lượng.
Nhập vận tốc lớn nhất trong miền tính, thường tại vòi phun, khe hẹp hoặc đầu cánh quạt. Dưới 0,3: dùng khối lượng riêng hằng số; từ 0,3 trở lên: dùng mô hình khí lý tưởng.
Chiều cao ô sát thành để đạt y+ mục tiêu, ước tính từ tương quan ma sát thành.
Sát bề mặt rắn (thành ống, cánh quạt, vỏ thiết bị), vận tốc dòng chảy giảm dần về 0 trong một lớp rất mỏng. y+ đo khoảng cách từ thành tới tâm ô lưới đầu tiên theo thang của lớp mỏng này: y+ càng nhỏ, ô càng sát thành.
Mô hình rối xử lý vùng sát thành theo hai cách: giải chi tiết tới tận thành (y+ ≈ 1) hoặc dùng hàm thành để ước lượng (y+ từ 30 đến 300). Ô đầu tiên rơi sai vùng thì ma sát, truyền nhiệt và vị trí tách dòng đều bị tính sai.
Chọn y+ ≈ 1 khi cần chính xác về truyền nhiệt, tách dòng; chọn 30–100 khi chủ yếu cần tổn thất áp suất, lưu lượng. Nhập Δy₁ làm chiều cao lớp lưới đầu tiên trong phần mềm.
Tổng bề dày lớp lăng trụ, lớp ngoài cùng và mức chuyển tiếp sang lưới lõi.
Lớp lăng trụ là các lớp ô mỏng xếp song song với bề mặt, dày dần khi ra xa thành. Chúng bắt được sự thay đổi vận tốc rất nhanh trong lớp biên, nơi lưới thông thường quá thô.
Các lớp quá mỏng thì không phủ hết lớp biên. Các lớp dày lên quá nhanh, hoặc lớp ngoài cùng chênh lệch nhiều so với ô lõi, thì sai số tăng và lời giải khó hội tụ.
Lấy Δy₁ và δ từ công cụ y+, sau đó chỉnh tỉ lệ tăng r và số lớp N tới khi tổng bề dày phủ lớp biên và lớp cuối gần bằng ô lõi. Các dòng nhận xét cho biết thiết lập đã đạt hay chưa.
Giá trị k, ε, ω tại cửa vào từ cường độ rối và thang chiều dài rối.
Trong dòng chảy rối, vận tốc luôn dao động quanh giá trị trung bình. Mô hình k-ε và k-ω mô tả dao động này bằng k (năng lượng của dao động) và ε hoặc ω (tốc độ năng lượng đó tiêu hao).
Tại cửa vào, phần mềm cần biết dòng chảy đã rối tới mức nào. Giá trị quá cao hoặc quá thấp làm sai mức hòa trộn, truyền nhiệt và tổn thất phía sau cửa vào.
Ước lượng cường độ rối I, tức biên độ dao động so với vận tốc trung bình, theo điều kiện thực tế; với dòng trong ống, bấm "Dùng" để lấy giá trị gợi ý. Nhập k, ε, ω vào điều kiện biên cửa vào.
Bước thời gian cho mô phỏng không dừng và số bước trong một lần dòng chảy đi hết miền tính.
Số Courant (CFL) cho biết trong một bước thời gian, dòng chảy đi qua bao nhiêu ô lưới. CFL = 1 nghĩa là mỗi bước đi đúng một ô.
Bước thời gian quá lớn thì dòng chảy vượt qua nhiều ô trong một bước: lời giải mất chi tiết hoặc phân kỳ. Bước quá nhỏ thì thời gian tính kéo dài mà kết quả không tốt hơn.
Nhập vận tốc lớn nhất và ô nhỏ nhất tại vùng cần quan sát, chọn CFL theo phương pháp giải. Số bước cho một lần dòng đi hết miền giúp ước tính tổng thời gian tính.
Tính chất vật lý của không khí, nước và hỗn hợp khí theo nhiệt độ, dùng làm số liệu đầu vào cho mô phỏng và tính toán thiết kế.
Khối lượng riêng, độ nhớt, nhiệt dung riêng, hệ số dẫn nhiệt của không khí khô từ −50 đến 1 500 °C.
Tính chất của khói lò, khí thải, khí nhiên liệu từ thành phần N₂, O₂, CO₂, H₂O, Ar, CH₄, CO và H₂, kèm nhiệt độ đọng sương.
Tính chất của nước lỏng từ 0 đến 100 °C, kèm áp suất hơi bão hòa và sức căng bề mặt.
Tài liệu kỹ thuật — hướng dẫn ứng dụng CFD trong thiết kế HVAC và bảng kiểm bài toán mô phỏng, gửi qua email theo yêu cầu.
Xem tài liệuGửi mô tả bài toán và thông số dự kiến; kỹ sư CFDWAYS góp ý về lưới, điều kiện biên và mô hình vật lý.
