【基于FLUENT的液体分布器内部流场分析】

设 计 与 研 究 17 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 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设计过程 ，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，并从对流体的分析中发现产品或工程 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)、eolyflow(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。 分布板 图 1 冲击式喷淋器结构简图 (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) 8 现代制造技术与装备 2009第2期总第189期 图 2 简化模型 图 3 网格划分 殳置边界条件 ：将喷嘴处边界条件的区域类型设置为 CITY — INLET，分布板 的区域类型设置为 OUTFLOE， 出界皆设置为 WALL。 2)数值计算。 动 FLUENT二维的单精度求解器 ，求解器选用系统 求解器 ，设置操作环境为默认环境。进行边界条件设 ， 设 置入 口对应 的边界 条件类型为 VELOCITY—IN一 人 口流速为 5m／s；设置出 口的边界条件 为默认设 置 ；其余壁面 WALL边界条件为默认。 至过计算，在经过 134次计算后，改运算收敛，可得到 分布图(图4)和压强分布图(罔 5)。 ■ 图4 速度分布图 图 5 压强分布图 第 13页)改造是一 门综合性很强 的机 电一体 化技 毙够促进企业在激烈的市场竞争 中更好地生存和发 孜控化改造作为该新技术产物 ，将给制造业带来革命 比。 参考文献 ：孜越．C620普通车床的数控化改造【J1．机床 液压，2005， )：211-213． 云龙．数控机床及应用[M】．北京：机械工业出版社，2001． ：俊焕．经济型数控机床改造的优化研究【JI．机床 与液 ：，2005，(7)：200—201． 『延佑．世界数控系统的发展与机床数控化改造[Jl_中国机 日报，2003，3(16)． ‘ 仁涛．数控 技术应用 [M】．兰州 ：兰州交通大学 出版社 ， )08 2 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 Wen~ang (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 distrib— utor for example，the flow field call be simulated and analyzed by FLUENT，the result Can provide the theoretical basis for liquid distrib— utor designing and improving． Key words：FLUENT，liquid distributor，flow Choose and Development of Special Equipment in Common Lathe NC Modification YAN Xilin · (1．College of Mechanical＆Electronic Engineering．China Univer- sity of Petroleum，Dongying 257061 China；2．Gaoyuan Oil Equip- ment Co．，Ltd，Shengli oilfield，Dongying，257091) Abstract：Common lathe NC modification is a very high compre- hensive electromechanical integration technology．In this paper，signifi- c~71ce and necessity of common lathe NC modification has been intro- duced，and the development and choose of NC special equipment has been analyzed．It can provide some advice for common lathe NC modi— fication．At last，the development of common lathe NC modification has been prospected． Key words：lathe，NC mod ification，NC equipment，development．