基于NIST真實氣體數據庫導入CFX的接口開發(fā)

2017-09-02 by:CAE仿真在線來源:互聯網

美國國家標準技術研究院(National Institute of Standards andTechnology,NIST)直屬美國商務部,從事工程測量技術和測試方法方面的研究,提供標準、標準參考數據及有關服務,在國際上享有很高的聲譽。

NIST提供了包括50多種標準材料數據庫,如工業(yè)流體與化工,材料性能,熱力學與熱化學,以及NIST的其它數據庫等,其中,尤以真實氣體物質屬性庫跟CFD關系異常緊密。真實氣體(Real Gas)是一個和理想氣體(Ideal Gas)相對應的概念,理想氣體是指熱力學狀態(tài)嚴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,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)生的碰撞不造成動能損失等這樣一些特點;不滿足上述特點的即可以歸為真實氣體。理想氣體克拉貝龍方程在標況下對絕大多數氣體都較為適用,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,必須要采用真實氣體的熱物理屬性來進行處理。

經過長期的研發(fā)工作,NIST將制冷、空調、壓縮機、工業(yè)透平等領域常用的制冷劑數據庫整合成名為REFPROP(即REference Fluid PROPerties的簡寫,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氣體特點的制冷劑材料模型。

FLUENT內置了絕大多數NIST Real Gas材料模型數據,可以通過TUI命令行的形式導入(詳參FLUENT User Guide),這里不再展開描述。CFX沒有直接采用NIST真實氣體物性數據庫,而是推薦采用Aungier Redlich Kwong或者Peng Robinson真實氣體狀態(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數據范圍的限制,可以通過多項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自帶的真實氣體物質類型主要集成在MATERIALS-redkw.ccl 和MATERIALS-pengrob.ccl等幾個文件里面,在CFX-Pre里面可以查看;與制冷劑相關的主要在Redlich Kwong Refrigerants系列里面。

當然為了滿足用戶對工質特殊物性的考慮,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據表,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,分為文件頭和數據兩大區(qū)塊,分別包含物質屬性的摘要信息和詳細數據,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,數據表格(數組)的格式等等。

進一步地,為了能夠將NIST的真實氣體數據讀入CFX,用戶需要將NIST REFPROP下的fld文件轉換為rgp格式的文件。在轉換的過程中,需要用戶對rgp文件格式,fld文件格式都有充分的了解和把握,對所需要提取的物質屬性及其變化有充分的認知,所以這一部分工作經常會遇到這樣那樣的問題,人工轉換效率低、可靠性差,是旋轉機械、制冷工業(yè)、工業(yè)透平等用戶在使用CFX導入NIST制冷劑時候的一個瓶頸。

為了切實改善這一問題,提高轉換的工作效率和準確率,成都安世亞太研發(fā)了一款專門用于自動化地對NIST物質數據轉換為rgp格式文件的應用接口模塊。

這個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格式文件的自動轉化,通過規(guī)范化的集成封裝,菜單窗口輸入,函數調用,自定義操作,圖形圖線預覽顯示,表格歸類等手段,給客戶提供一個專業(yè)且友好的轉換環(huán)境,讓數據轉換過程變得透明、可視、可復核,從而極大地提高我們的工作效率。

該接口模塊開發(fā)的關鍵技術主要有:

(1) 文件操作與編輯

(2) 參數定位識別與提取

(3) 數組存儲與轉換

(4) 圖形圖線顯示

該接口模塊目前能實現的主要功能有:

(1) 轉換流程自動化

(2) 菜單窗口輸入

(3) 函數調用與擬合

(4) 插值精度檢查與調整

(5) 圖形圖線預覽

(6) 物質屬性表格創(chuàng)建

(7) 文件存儲與備份

(8) 獨立安裝運行

當然,成都安世亞太也可以根據用戶的需求,對其他類似的比如石油石化,冶金化工,能源動力,風電核電,汽油煤油,實驗數據,地理地形等等進行類似的數據轉換與開發(fā),最終滿足終端用戶的需求。歡迎廣大用戶基于NIST真實氣體數據庫導入CFX的接口開發(fā)工具,與我們開展項目合作,計算咨詢服務,聯合開發(fā)等等。

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