基于FLUENT的液体分布器内部流场分析

计算流体动力学（CFD）是建立在经典流体动力学与 数值计算方法基础之上的一门新型独立学科。CFD 应用 计算流体力学理论与方法，利用具有超强数值运算能力 的计算机，编制计算机运行程序，数值求解满足不同种类 流体的运动和传热传质规律的三大守恒定律，及附加的 各种模型方程所组成的非线性偏微分方程组，得到确定 边界条件下的数值解。它兼有理论性和实践性的双重特 点，为现代科学中许多复杂流动与传热问题提供了有效 的解决方法。 CFD的运用改变了传统的过程，由于 CFD 软件 可以相对准确地给出流体流动的细节，可以较准确预测 产品的整体性能，并从对流体的中发现产品或工程 设计中的问题，减少未预料到的负面影响，使得产品设计 或优化对实验的依赖性大为减少，能够显著缩短设计周 期，降低费用。 1 FLUENT 软件介绍 FLUENT是目前国际上比较流行的商用 CFD软件包， 在美国的市场占有率为 60％，只要涉及流体、热传递及化 学反应等的工程问题，都可以应用 FLUENT来进行结算。 它具有丰富的物理模型、先进的数值方法以及强大的前 后处理功能，在航空航天、汽车设计、石油天然气、涡轮机 设计等方面都有着广泛的应用。 FLUENT软件设计基于 CFD软件群的思想，从用户需 求角度出发，针对各种复杂流动和物理现象，采用不同的 离散格式和数值方法，以期在特定的领域内使计算速度、 稳定性和精度等方面达到最佳组合，从而可以高效率地 解决各个领域的复杂流动计算问题。基于上述思想， FLUENT开发了适用于各个领域的流动模拟软件，用于模 拟流动、传热传质、化学反应和其他复杂的物理现象，各 模拟软件都采用了同意的网格生成技术和共同的图形界 面，大大方便了用户。 FLUENT的软件包由以下几个部分组成。 （1）前处理器：Gambit 用于网格的生成，它是具有超强 组合建构模型能力的专用 CFD 前置处理器。另外，TGrid 和 Filters(Translators)是独立于 FLUENT的前处理器，其中， Tgrid 用于从现有的边界网格生成体网格，Filters 用于转换 由其他软件生成的网格从而用于 FLUENT计算。 （2）求解器：它是流体计算的核心，根据专业领域的 不同，求解器主要包括 FLUENT4.5（基于结构化网格）、 FLUENT6.2.16（基于非结构化网格）、Fidap（基于有限元方 法，并主要用于流固耦合）、Polyflow（针对粘弹性流动）、 Mixsim（针对搅拌混合问题）、Icepak（热控分析）六种类型。 （3） 后处理器：FLUENT求解器本身就附带有比较强 大的后处理功能。另外，Tecplot 也是一款比较专业的后处 理器，可以把一些数据可视化，这对于数据处理要求较高 的用户是一个理想的选择。 2 液体分布器内部流场分析 液体喷淋装置是塔设备的重要部件，其作用的为了能 有效地分布液体，提高调料面的有效利用率。当液体喷 淋装置设计不合理时，将导致液体分布不均，减少填料湿 润面积，增加液体沟流和壁流现象，直接影响填料的处理 能力。选择液体喷淋装置的原则是能使液体均匀地分散 开，使整个塔截面的填料表面很好地湿润，结构简单，制 造和检修方便。 常见的液体喷淋装置主要有管式、莲蓬头式、盘式和 冲击式。本文主要对冲击式喷淋器进行流场分析。 冲击式喷淋器的结构简图（图 1），其优点是喷洒半径 打，液体流量大，结构简单。 （1） 建立模型 以某石化公司的在役塔设备的喷淋器 为例，经过简化，可以建立简化模型图（图 2） 经过简化等步骤后进行网格划分和设置，得到网格划 分图（图 3） 基于 FLUENT的液体分布器内部流场分析 段文广 （西安石油大学机械工程学院 .，西安 710065） 摘 要：介绍了 FLUENT 软件的主要特点及其在液体分布器领域的应用情况，以某液体分布器为例，用该 软件进行数值模拟，分析其内部流场变化情况，为液体分布器的设计和改进提供理论依据。 关键词：FLUENT 液体分布器 流场 图 1 冲击式喷淋器结构简图 喷嘴 筋 分布板 设 计 与 研 究 17 现代制造技术与装备 2009第 2期 总第 189期 （上接第13页）改造是一门综合性很强的机电一体化技 术，能够促进企业在激烈的市场竞争中更好地生存和发 展。数控化改造作为该新技术产物，将给制造业带来革命 性变化。 参考文献 [1] 吴孜越 . C620 普通车床的数控化改造 [J]. 机床与液压 , 2005, （8）:211- 213. [2] 赵云龙 . 数控机床及应用 [M]. 北京 : 机械工业出版社 , 2001. [3] 孟俊焕 . 经济型数控机床改造的优化方案研究 [J]. 机床与液 压 , 2005,（7）: 200- 201. [4] 周延佑 . 世界数控系统的发展与机床数控化改造 [J]. 中国机 电日报 , 2003, 3（16）. [5] 曹仁涛 . 数控技术应用 [M]. 兰州 : 兰州交通大学出版社 , 2008.2. Choose and Development of Special Equipment in Common Lathe NC Modification YAN Xilin1, 2 （1.College of Mechanical & Electronic Engineering, China Uni- versity of Petroleum, Dongying 257061 China；2. Gaoyuan Oil E- quipment Co., Ltd, Shengli oilfield, Dongying, 257091） Abstract : Common lathe NC modification is a very high compre- hensive electromechanical integration technology. In this paper, sig- nificance and necessity of common lathe NC modification has been introduced, and the development and choose of NC special equip- ment has been analyzed. It can provide some advice for common lathe NC modification. At last , the development of common lathe NC modification has been prospected. Key words: lathe，NC modification，NC equipment，development . 设置边界条件：将喷嘴处边界条件的区域类型设置为 VELOCITY_INLET，分布板的区域类型设置为 OUTFLOE， 其余边界皆设置为 WALL。 （2）数值计算。 启动 FLUENT二维的单精度求解器，求解器选用系统 默认求解器，设置操作环境为默认环境。进行边界条件设 置时，设置入口对应的边界条件类型为 VELOCITY_IN- LET，入口流速为 5m/s；设置出口的边界条件为默认设置 即可；其余壁面 WALL边界条件为默认。 经过计算，在经过 134 次计算后，改运算收敛，可得到 速度分布图（图 4）和压强分布图（图 5）。 4 结语 本文介绍了作为主流 CFD软件 FLUENT的主要特点， 用 FLUENT软件对液体分布器进行了内部流场分析。通过 对冲击式喷淋器内部流场的模拟，能捕捉到喷淋器内部 流场的许多流动细节，可获得影响喷淋效率的规律性的 东西，为改进设计，提高喷淋效率提供了重要途径和方 向。 参考文献 [1] 韩占忠，王 敬，兰小平 . FLUENT 流体工程仿真计算实例与 应用[M]. 北京：北京理工大学出版社，2004. [2] 王瑞金，张 凯，王 刚 . FLUENT 技术基础与应用实例 [M]. 北 京：清华大学出版社，2006. [3] 李功样，陈兰英，崔英德 . 常用化工单元设备设计 [M]. 广州： 华南理工大学出版社，2006. [4] 贺匡国 . 化工容器及设备简明设计手册 [M]. 北京：化学工业 出版社，2002. Analysis of Liquid Distributor Internal Flow Based on FLUENT DUAN Wenguang （College of Mechanical Engineering，Xi'an Shiyou University， Xi'an 710065） Abstract : It gives a brief introduction of its chief character and application in the liquid distributor field，with the some liquid dis- tributor for example，the flow field can be simulated and analyzed by FLUENT, the result can provide the theoretical basis for liquid dis- tributor designing and improving. Key words: FLUENT，liquid distributor，flow 图 2 简化模型 图 3 网格划分 图 4 速度分布图 图 5 压强分布图 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 18