基于CFD的内构件强化内循环流化床流场结构
基于CFD混流泵内流场数值分析
泵 比转速 较高 ， 于离心 泵与轴 流泵 之 间 ， 介 具有 结 构 简单 、 用 可靠 、 率 高 等优 点 ， 有广 阔 的工 使 效 具 程应 用前 景 ， 其在 制 碱业 作 为冷析 循环 泵 ， 尤 将得
关键 词 ： 流 泵 ； 能 预 测 ； Ｆ 湍 流 混 性 Ｃ Ｄ； 文 献标 识 码 ： Ａ
０ 引 言
在 现代水 泵 系统设计 中 ， 随着对 耐腐 蚀 、 高效
率 、 噪声 、 量 化 和运 转 平稳 要 求 的增 加 ， 少 低 轻 减 腐蚀 破 坏和减 小 振 动 噪声 变 得越 来 越 重 要 ． 流 混
到广泛应用 ． 由于水力机 械 内部的流 动在多数 情况 下处于湍 流状 态… ， 以研 究 起来 较 为 困难． 所 近年 来， 随着计算机及 Ｃ Ｄ技术的迅速发展 ， Ｆ 国内外对水 泵内部的三维粘性 流进行 了数值模 造型 ． 中 ， 其 叶轮 叶 片是 高度 扭 曲的空 间 曲面 ， 图 １ 示． 如 所
结构较 为复杂采 用 混合 网 格 ， 且 网格 总 的质 量 并
０ （ ： 、、 、 ） 、
（） ４
良好 ， 网格质量 的最小值 为 ０ ７ ． ．４ 具体 网格 如 图 ３ 所示 ， 计算单 元 的总网格数约 为 １６万 ， 中进 口 ２ 其 区域单 元数 约 ｌ ８万 、 中间 旋转 区域 单 元 数 约 为
基 于 Ｃ Ｄ 混 流 泵 内流 场 数 值 分 析 Ｆ
李 宝 良， 范振 兴 ， 焰 霍
（ 连 交 通 大 学 机 械 工 程 学 院 ， 宁 大连 １ ６２ ） 大 辽 １０ ８
摘
要： 以混 流 泵 为 研 究 对 象 ， 用 Ｃ Ｄ软 件 采 用 基 于 非 结 构 网格 的 ＳＭＰ Ｅ算 法 和 标 准 的 ｋ—ｓ湍 流模 运 Ｆ Ｉ Ｌ
基于CFD数值模拟的磁选机内部结构的优化设计
本文的研究对象是高梯度磁选机的尾料箱和精料管 ， 这些是料浆在机器内运行的主要部件 ，物料在
磁选 机 内部流 动 的流畅 程度 直接 影响着 磁选 机 的工作 效率 ，所 以对这 两个 部件 的优化 设计 尤 为重要 。靠
常规经验的设计方法并不能表示料浆在箱内的运动情况 ， 在优化过程 中采用计算流体力学 （ Ｃ Ｆ Ｄ）的方 法对箱内的流体流动进行数值模拟 ，为尾料箱及精料管的设计提供理论依据 ，从而改进产 品的设计 ，节 省开 发周 期和 一些 不必 要 的试 验 成本 。
收 稿 日期 ： ２ 研机构科技计划项 目 （ ２ ０ ０ ９ １ ０ ８ １ ４ ０ ４ ８ ） 。
作者简介 ： 曹晓畅 （ １ ９ ８ ｌ 一） ，男 ，湖北黄石人 ，博士 ，主要从事 冶金机械 、建材机械相关设备的研 发与流质流过程数值模拟研究 。
基 于 ＣＦ Ｄ数 值 模 拟 的磁 选 机 内部 结构 的优 化 设计
曹晓畅
（ 东莞理工学院
韩立发
５ ２ ３ ８ ０ ８ ）
机械工程学院 ，广东东莞
摘要 ：利用计算流体 力学 （ Ｃ Ｆ Ｄ）数值模拟方法对 高梯度磁 选机 内部 的流场进行 分析 ，观察 料浆在 不 同
结构 内部的流场 ，对尾料箱和精料 管的结构进行 改进设 计 ，结果表 明，Ｃ Ｆ Ｄ技 术的应 用可磁 选机 内部 的开发 设计提供理论依据 ，对提 高设计效率具有现 实指 导意 义。
１ 物理模 型及计算方法
高梯度磁选机设计的工作原理示意图如图 １ 所示 ，激磁线圈通电后 ，在分选 区产生感应磁场 ，使磁 介质 产生 非均 匀磁 场 即高梯 度磁 场 ；转 环作 连续 旋转 ，磁介 质 盒也 随转环 连续 入 出分选 区 ；矿 浆从 给料 箱连续送人上磁轭缝隙并流经转环。矿浆中的磁性颗粒吸附在磁性介质上 ，被转环带至顶部无磁场区， 在冲洗水与压缩空气共同作用下将其冲人接料箱 由精料管排出；非磁性颗粒在重力 、脉动流体 的作用下 穿过磁介质堆 ，沿下磁轭缝隙流入尾料箱。 本 文所研 究 的精料 管如 图 ２所 示 ，此 图为磁选 机 精料 管原有 设计 结构 ，左 右两个 管 道为精 料箱 排 出 的精料输送管 ，为此精料管的主入 口，旁边两个小管为精料斗排出的精料，此处为软管连接 ，所输送的
基于Fluent的某滑阀内部流场仿真与分析
基于Fluent的某滑阀内部流场仿真与分析张静;高东玲;王晓辉【摘要】基于Fluent流场仿真软件,对某滑阀内部流场进行数值模拟和可视化研究.在相同计算条件下,分别对不同阀口开度下的三维模型进行稳态模拟仿真,得到滑阀内部流场的速度压力、流量特性以及流量系数的变化规律:在相同的压差条件下,随着阀口开度的增大,阀口处的最大速度、流场的最低压力、流量系数都随之降低.通过改变节流槽的形状进行仿真比较,得到流量系数与节流槽截面形状密切相关,在阀口开度相同的条件下,随着进出口压差的增大,半圆形节流槽滑阀的流量系数变化比较明显.研究为滑阀的优化提供了有效数据,并且对同类型产品的相关研究具有一定参考价值.【期刊名称】《液压与气动》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】4页(P56-59)【关键词】滑阀;流速压力;压力流量特性;流量系数;半圆形节流槽【作者】张静;高东玲;王晓辉【作者单位】兰州理工大学能源与动力工程学院,甘肃兰州730050;兰州理工大学能源与动力工程学院,甘肃兰州730050;兰州理工大学能源与动力工程学院,甘肃兰州730050【正文语种】中文【中图分类】TH137引言液压阀是液压系统中非常重要的元件，主要通过控制流体的压力、流量和流动方向来满足工作要求，使各类执行元件实现不同的动作[1]。
液压控制阀的内部结构比较复杂，主要由阀体、阀芯、操纵控制机构等主要零部件组成。
滑阀类的阀芯是圆柱形，通过阀芯在阀体孔内的滑动来改变液流通路开口的大小，以实现对液流压力、流量及方向的控制。
非全周开口滑阀具有水力半径大，抗阻塞的特点，其流量范围大，易得到较小的稳定流量，在液压比例阀和伺服阀中得到了广泛应用[2]，节流槽滑阀的特性分析对液压阀的性能提升起着很重要的作用。
近几年随着计算机科学技术的不断发展以及计算流体力学理论的丰富。
人们借助CFD技术对液压阀复杂内部流场进行数值模拟和可视化分析，成为液压领域的热点。
基于CFD
本文网址：/cn/article/doi/10.19693/j.issn.1673-3185.03028期刊网址：引用格式：刘维勤, 张亚强, 夏天禹, 等. 基于CFD−非线性有限元双向耦合的集装箱船波浪下结构崩溃数值仿真[J]. 中国舰船研究, 2023, 18(6): 134–142.LIU W Q, ZHANG Y Q, XIA T Y, et al. Numerical simulation of structural collapse of container ship in waves based on two-way coupling of CFD nonlinear FEM[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2023, 18(6): 134–142.基于CFD−非线性有限元双向耦合的集装箱船波浪下结构崩溃数值仿真扫码阅读全文刘维勤1，张亚强1，夏天禹1，陆晔2，杨萌3，吴卫国4，宋学敏*11 武汉理工大学 船海与能源动力工程学院，湖北 武汉 4300632 中国船舶科学研究中心，江苏 无锡 2140823 中国舰船研究设计中心，湖北 武汉 4300644 武汉理工大学 绿色智能江海直达船舶与邮轮游艇研究中心，湖北 武汉 430063摘 要:［目的］充分考虑载荷非线性和物面非线性因素的影响，研究集装箱船在波浪下结构响应及动态结构崩溃模式。
［方法］首先，基于CFD 平台建立船舶水动力模型，采用重叠网格法实现船体水动力模型动边界网格与远场流体域的欧拉网格间的匹配，在流体全域内采用流体体积法模拟自由面非线性，在流场全域内求解三维N–S 方程，实时求解非线性波浪载荷；然后，建立可模拟船舯崩溃行为的船舶非线性有限元模型，基于显式动力学非线性有限元法计算包含塑性和屈曲的时域崩溃响应；最后，实现水动力模型与结构有限元模型在湿表面上的流体压力和节点位移的传递，以此进行CFD 求解器与非线性有限元求解器间的双向迭代耦合，并实时计算4 600 TEU 集装箱船结构崩溃过程中的非线性波浪载荷和结构崩溃响应。
基于CFD模型的内陆核电厂厂区流场模拟
＿ — —Ｖ ＋＿ ｐ ｄ ａ ｘ — 蓑 ，亚 ｔ— ａ ａ Ｏ ｔ ＋ — ｚ 一ｘ ａ 一 ＋— ＝ ＿ — Ｈ ＋ａ Ｚ１Ｏ ｄ — — １ 蓑 ｐ ａ ａ ，＋＿ ｒ望 ＝＋— — ａ ， ｙ — 一 Ｖ ＝一 ＿ — Ｕ ＋ａ Ｚｒｐ Ｌ 警 ＋ａ Ｖ ＝一ｚ （ ｄ ａ ＋ —Ｗ Ｏ 、 ｆ — —１ ＋＿＝ 望 ｆ ， ａ 一 ２ ＝ ＋ 二 ＋— — Ｖ “ ）
（ ） 准 ｋ一 流动 方程 ： ３标
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本 研 究 以 内 陆 某 核 电 厂 为 例 ， 述 如 何 利 用 论 Ｓ ＡＲＣ Ｍ ＋模 拟 内陆 核 电 厂 风 场 规 律 ， 给 出冷 Ｔ —Ｃ 并 却 塔 雾羽 在 风场模 拟结 果 中 的扩散轨 迹 。
依 然比较 明显 ， 冷却塔 两侧风速相 比入 口风速 ， 其变化趋 于平稳 ； 沿主导风 向的轴 线上 ， 在 冷却塔 两侧风 的扰动依 次加 强 ； 台 单
冷却塔 雾羽最大的抬升 高度 出现在下风向距 离 ３０ ３０ｒ ， 大抬升 高度为 ６０ｎ； ｎ处 最 ９ ｌ４台冷却塔 雾羽在 下风 向距 离 ３０ ３ ０Ｉ ｎ的抬 升高度 约为 ８０Ｉ ， ５ Ｉ是单 台冷却塔的 １２ 。 Ｔ ．３倍
实验 、 现场 观 测 和计 算 机模 拟分 析 。风 洞 试 验 虽 然 可 以提供 较 为理 想 的模 拟 气 流 的 变 化 规 律 ， 风 洞 但
试验 需要 耗费 大量 的人 力 、 力 和 财力 ， 物 而且 风 洞 试 经成为 中 国非 常 重要 的规划 目标 。 内陆核 电厂 由于 验需 要花 费较 长 的 时 间 ， 于 ６个 稳 定 度 、 对 ５个 风 速 受 水源 条件 的限 制 ， 本 都 采 用 大 型 自然 通 风 冷 却 段 和 １ 方 位 ， 部 利用 风 洞 试 验 来 模 拟 ， 实 际 基 ６个 全 在
循环流化床多尺度传质模型和CFD模拟的开题报告
循环流化床多尺度传质模型和CFD模拟的开题报告一、题目：循环流化床多尺度传质模型和CFD模拟二、研究背景循环流化床被广泛应用于化工、环保、粉末冶金等领域。
其具有高效传质、催化、易于连续化等优点，已成为化工行业中不可缺少的基础设施。
然而，循环流化床中存在着多尺度传质过程，传质过程复杂，需要更为精确的模型和仿真方法。
因此，本课题旨在建立循环流化床多尺度传质模型，并进行CFD模拟，以深入研究循环流化床多尺度传质规律，为循环流化床的运行优化和新型循环流化床的设计提供理论支持。
三、研究内容1. 建立循环流化床多尺度传质模型通过分析循环流化床内的流体力学、热传输、物质传输等过程，建立循环流化床多尺度传质模型，包括鼓泡层内的传质模型、毛细层内的传质模型、颗粒层内的传质模型等。
2. CFD模拟循环流化床内多尺度传质过程利用ANSYS Fluent等软件，建立循环流化床的CFD模型及网格，求解循环流化床内多尺度传质过程的数值解，得出循环流化床内温度、浓度等场和粒子的运动轨迹等信息。
3. 试验验证通过循环流化床实验验证所建立的循环流化床多尺度传质模型和CFD模拟结果的准确性。
四、研究意义本课题的研究成果将为循环流化床内多尺度传质过程的理解提供理论支持，为循环流化床优化运行、工艺改进提供科学依据；同时，将为新型循环流化床的设计提供参考，推动循环流化床技术的发展和应用。
五、研究方法1. 理论研究法：分析循环流化床的多尺度传质过程，建立相应的数学模型。
2. CFD数值模拟法：利用ANSYS Fluent等软件，建立循环流化床的CFD模型及网格，求解循环流化床内多尺度传质过程的数值解。
3. 实验方法：采用循环流化床实验验证所建立的循环流化床多尺度传质模型和CFD模拟结果的准确性。
六、进度安排第一年：1.收集文献，研究循环流化床内多尺度传质过程的机理和模型；2.建立循环流化床多尺度传质模型；3.进行CFD模拟。
4.进行初步的数学模型和CFD模拟结果的分析和讨论。
基于CFD的发电机组内部空间流场分析研究
柴油 发 电机组 因 为其 稳 定 性 和 易操 作 性 ， 作 为 供 电网 的备用 电源 在各行 业 有 着广 泛 的应 用 ，随着 人 们对 环 保 的要 求 的提 高 ， 带 静 音 箱 的 柴油 发 电机 组 以其 噪声 小得 到 了大量 使 用 ， 特 别是 作 为医 院 、 宾 馆、 高 档生 活社 区 、 大型商 场 等对 环境 噪声要 求 严格 的场所 是 不可 缺少 的应 急设 备 。通常 将发 电机 组装 在 一个 静音 罩壳 内 ， 该 静 音 罩 壳 内部 贴 消音 棉 及 相 应 的 降噪措 施 ， 将 机 组运行 噪 音控 制在 一定 范 围 内 ，
２ ０ １ ３年
第 ４期
移动电源自源与车辆
１ ３
基 于 Ｃ Ｆ Ｄ 的 发 电 机 组 内部 空 间 流 场 分 析 研 究
陈 国平 ， 税 一 晋
（ 雅柯斯电力科技 （ 中国） 有限公司工程部 ，江苏 常州 ２ １ ３ ０ ３ １ ）
摘要 ： 发电机组静音箱设计 的一个挑 战是如何 在满 足声学性 能 的前 提下 ， 同时满 足发动 机的散 热需求 ， 确保 发动机 的功率不受影响 。为此建立 了静音 箱内流场分析模型 ， 并 利用计算 流体力学 （ Ｃ Ｆ Ｄ ） 方法 ， 模拟 机组运行情况 下的静 音箱 内部空气场 、 温度场和压力场 的分布状况 ， 用于指导和优化静音箱的结构设计 。 关键词 ： 发 电机组 ； 静音箱 ； 流场分析 ； Ｃ Ｆ Ｄ
用 功率 ） 。
柴油机的热量带走 ， 同时从 柴油 机出来 的高温 的冷 却水 也需 要 一种 冷却 媒 介 冷 却 它 ， 一 般 是 通 过 柴 油
机带 动风 扇通 过水 箱 对 高 温 的冷 却 水进 行 冷 却 ， 俗 称风 冷 。该过 程 中需 要 一 定 的 风 量将 热能 带 走 ， 同 时 柴油 的燃烧 需要 一定 的风 量 ， 发 电机 绕 组 冷 却 也
基于CFD的某变频发电机组流场数值模拟
第４１卷第６期Ｖｏｌ．４１Ｎｏ．６２０２０青岛理工大学学报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＱｉｎｇｄａｏＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ基于犆犉犇的某变频发电机组流场数值模拟谭礼斌１，２，袁越锦１，黄 灿２，唐 琳２（１．陕西科技大学机电工程学院，西安７１００２１；２．隆鑫通用动力股份有限公司技术中心，重庆４０００３９）摘 要：为研究某变频发电机组流场特性，基于ＣＦＤ方法，采用ＳＴＡＲ ＣＣＭ＋１１．０６流体仿真软件对某变频发电机组整机外流场进行数值模拟，并研究变频器外壳与风扇罩、拉盘间隙对风量分布的影响．结果表明变频发电机组原模型的总进风量最大，变频器风量最小，变频器散热存在风险；变频器外壳与风扇罩、拉盘间的间隙减小，风扇风阻增大，总进风量减小，变频器及变频器侧的电机（电机１）的风量及表面平均风速明显增大．间隙尺寸的合理设计可以平衡风扇进风量和变频器风量，保证整机散热的合理性．出口端的电机（电机２）的循环风和新鲜冷却风的占比要合适，为保证电机２的散热，建议保留原机组风扇２的出风口结构设计．发电机组整机流场特性的评估分析及风量分配影响因素探究结果可为发电机组产品的结构改进与风量匹配提供理论支撑．关键词：变频发电机组；数值模拟；流场特性；间隙；合理匹配中图分类号：ＴＫ７３０．２ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７３ ４６０２（２０２０）０６ ０１４３ ０８收稿日期：２０２０ ０７ ３１基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１８７６１０９）；国家“十三五”重点研发计划项目子课题（２０１７ＹＦＤ０４００９０２ １）；陕西省国际科技合作计划重点项目（２０２０ＫＷＺ ０１５）作者简介：谭礼斌（１９９１ ），男，重庆永川人．博士研究生，工程师，主要从事热能工程及流体力学方面的研究．Ｅｍａｉｌ：１３６４９７９９３０＠ｑｑ．ｃｏｍ．犖狌犿犲狉犻犮犪犾狊犻犿狌犾犪狋犻狅狀狅犳犳犾狅狑犳犻犲犾犱犳狅狉犳狉犲狇狌犲狀犮狔犮狅狀狏犲狉狊犻狅狀犵犲狀犲狉犪狋狅狉狌狀犻狋犫犪狊犲犱狅狀犆犉犇ＴＡＮＬｉ ｂｉｎ１，２，ＹＵＡＮＹｕｅ ｊｉｎ１，ＨＵＡＮＧＣａｎ２，ＴＡＮＧＬｉｎ２（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａａｎｘｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００２１，Ｃｈｉｎａ；２．ＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＣｅｎｔｅｒ，ＬｏｎｃｉｎＭｏｔｏｒＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００３９，Ｃｈｉｎａ）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｆｌｏｗｆｉｅｌｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆａｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｇｅｎｅｒａｔｏｒ，ｂａｓｅｄｏｎＣＦＤｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅｅｘｔｅｒｎａｌｆｌｏｗｆｉｅｌｄｏｆａｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｇｅｎｅｒａｔｏｒｕｎｉｔｉｓｎｕ ｍｅｒｉｃａｌｌｙｓｉｍｕｌａｔｅｄｂｙｆｌｕｉｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｏｆｔｗａｒｅＳＴＡＲ ＣＣＭ＋１１．０６，ａｎｄｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｃｌｅａｒａｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓｈｅｌｌ，ｆａｎｃｏｖｅｒａｎｄｐｕｌｌｐｌａｔｅｏｎｔｈｅａｉｒｆｌｏｗｄｉｓｔｒｉｂｕ ｔｉｏｎａｒｅｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｔｏｔａｌａｉｒｉｎｌｅｔｑｕａｎｔｉｔｙｏｆｇｅｎｅｒａｔｏｒｕｎｉｔｗｉｔｈｏｒｉｇｉｎａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓｔｈｅｌａｒｇｅｓｔ，ｂｕｔｔｈｅａｉｒｑｕａｎｔｉｔｙｏｆｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃｏｎｖｅｒｔｅｒｉｓｔｈｅｓｍａｌｌｅｓｔ，ｓｏｔｈｅｒｅｉｓｒｉｓｋｏｆｈｅａｔｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎｆｏｒｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃｏｎｖｅｒｔｅｒ．Ｔｈｅｃｌｅａｒａｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓｈｅｌｌ，ｔｈｅｆａｎｃｏｖｅｒａｎｄｔｈｅｐｕｌｌｐｌａｔｅｄｅｃｒｅａｓｅｓ，ｔｈｅｆａｎｗｉｎｄｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｉｎｃｒｅａｓｅｓ，ｔｈｅｔｏｔａｌｉｎｌｅｔａｉｒｑｕａｎｔｉｔｙｄｅｃｒｅａｓｅｓ，ａｎｄｔｈｅａｉｒｑｕａｎｔｉｔｙａｎｄｔｈｅｓｕｒｆａｃｅａｖｅｒａｇｅｖｅｌｏｃｉｔｙｏｆｔｈｅｆｒｅ ｑｕｅｎｃｙｃｏｎｖｅｒｔｅｒａｎｄｔｈｅｍｏｔｏｒｏｎｉｎｖｅｒｔｅｒｓｉｄｅ（ｍｏｔｏｒ１）ｉｎｃｒｅａｓｅｓ．Ｔｈｅｒｅａｓｏｎａｂｌｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｃｌｅａｒａｎｃｅｓｉｚｅｃａｎｂａｌａｎｃｅｔｈｅａｉｒｆｌｏｗｏｆｔｈｅｆａｎａｎｄｔｈｅａｉｒｑｕａｎｔｉｔｙｏｆｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃｏｎｖｅｒｔｅｒ，ａｎｄｅｎｓｕｒｅｔｈｅｒａｔｉｏｎａｌｉｔｙｏｆｔｈｅｈｅａｔｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｗｈｏｌｅｍａｃｈｉｎｅ．Ｔｈｅｐｒｏ青岛理工大学学报第４１卷ｐｏｒｔｉｏｎｏｆｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇａｉｒａｎｄｆｒｅｓｈｃｏｏｌｉｎｇａｉｒｏｆｔｈｅｍｏｔｏｒａｔｏｕｔｌｅｔｓｉｄｅ（ｍｏｔｏｒ２）ｓｈｏｕｌｄｂｅａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅｎｓｕｒｅｔｈｅｈｅａｔｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎｏｆｍｏｔｏｒ２，ｉｔｉｓｓｕｇｇｅｓｔｅｄｔｏｋｅｅｐｔｈｅｏ ｒｉｇｉｎａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｅｓｉｇｎｏｆａｉｒｏｕｔｌｅｔｏｆｆａｎ２ｏｆｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｇｅｎｅｒａｔｏｒｕｎｉｔ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｆｌｏｗｆｉｅｌｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｅｖａｌｕａｔｉｏｎａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｏｆａｉｒｑｕａｎｔｉｔｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｎ ｆｌｕｅｎｃｉｎｇｆａｃｔｏｒｓｃａｎｐｒｏｖｉｄｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｓｕｐｐｏｒｔｆｏｒｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔａｎｄａｉｒｑｕａｎ ｔｉｔｙｍａｔｃｈｉｎｇｆｏｒｔｈｅｇｅｎｅｒａｔｏｒｕｎｉｔ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｇｅｎｅｒａｔｏｒｕｎｉｔ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｆｌｏｗｆｉｅｌｄｃｈａｒａｃｔｅｒ ｉｓｔｉｃｓ；ｃｌｅａｒａｎｃｅ；ｒｅａｓｏｎａｂｌｅｍａｔｃｈｉｎｇ发电机组作为一种备用发电的动力机械，目前在高校、商场及中小型超市等公共场所运用广泛．发电机组在开发设计过程中，机组散热性能是重点关注的问题之一．发电机组散热性能的好坏直接影响产品性能或产品运行状况．随着计算机仿真技术的迅速发展及广泛运用，基于虚拟仿真开发平台快速评估产品性能已经成为工程机械研究与开发的一个发展趋势［１ ３］．陈国平等［４］通过ＣＦＤ（ＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌＦｌｕｉｄＤｙｎａｍ ｉｃｓ，计算流体动力学）分析获得了机组流速及压力场分布，为产品性能评估提供了数据支撑．戚中浩等［５］利用流体分析软件ＮＵＭＥＣＡ对机组机舱外流场进行了流场数值模拟分析，探究了空气进出口位置对实验测量结果的影响．利用ＣＦＤ数值模拟方法对发电机组内部流场进行数值模拟分析，可快速获得相应的速度及压力等流场细节信息，为产品性能的评估提供理论支撑．基于此，本文利用ＣＦＤ分析软件对某开架变频发电机组流场进行数值模拟分析，研究变频器及电机流场分布的合理性，并探究变频器外壳与风扇罩、拉盘的间隙对流场分布的影响，为发电机组流场优化提供理论参考及仿真数据支撑．１ 发电机组流场的犆犉犇分析１．１ 物理模型某变频发电机组三维模型采用ＣＡＴＩＡ２０１４软件按照１∶１比例建模，如图１所示．发电机组主要零部件包括发动机主体、电机、变频器、冷却风扇、油箱、机架、消声器、空滤器等．采用流体分析软件ＳＴＡＲ ＣＣＭ＋１１．０６中多面体网格和边界层网格生成技术对整机模型进行网格划分，对局部区域（冷却风道、风扇及电机等重要气流流经部件）进行局部网格加密，网格划分完成后数量约为１０００万个．经网格无关性验证，１０００万个网格可以获得较准确的风量预测值．若网格数量较少，出口格栅、发动机散热片、风扇与风扇罩间隙等小尺寸网格质量较差；网格数量大于１０００万个，计算时间耗时会越来越长．本文计算采用１６核计算机求解，耗时约１２ｈ．该机组网格及计算域网格如图２所示．发电机组原模型变频器外壳与拉盘、风扇罩间存在间隙，为了研究间隙（变频器外壳与拉盘间隙、变频器外壳与风扇罩间隙）、风扇２出口位置等结构对风量分配的影响，设计了３种不同的模型方案，如图３所示．其中方案１为连接变频器外壳与风扇罩１间间隙；方案２为连接变频器外壳与风扇罩１间间隙，且风扇２出口加挡板；方案３为连接变频器外壳与拉盘１间间隙，且风扇２出口加挡板．图１ 变频发电机组三维模型示意４４１第６期 谭礼斌，等：基于ＣＦＤ的某变频发电机组流场数值模拟图２ 变频发电机组网格模型示意图３ 原模型及３种结构方案示意１．２ 数学模型及边界条件本文假设变频发电机组内气流流动状态为稳态流动，流体介质为不可压缩流体，整个流动过程不考虑热量交换，因此数值计算中只针对流体连续性方程、动量方程进行求解［６ ７］．湍流计算模型选择犽 ε两方程湍流模型，压力、速度耦合采用ＳＩＭＰＬＥ算法，采用压力基求解器（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｂａｓｅｄ）求解［８］．壁面函数选取ＳＴＡＲ ＣＣＭ＋１１．０６软件中推荐的Ｔｗｏ ＬａｙｅｒＡｌｌｙ＋ＷａｌｌＴｒｅａｔｍｅｎｔ．发电机组流场模拟分析需要的相关边界条件设置如下：１）旋转域．风扇的旋转采用ＭＲＦ（ＭｏｖｉｎｇＲｅｆｅｒｅｎｃｅＦｒａｍｅ，旋转参考坐标系）实现．２个风扇的转速都为３６００ｒ／ｍｉｎ．２）流体域．消声器入口流量为２０ｇ／ｓ（质量流量入口）；空滤器出口流量为２０ｇ／ｓ；虚拟计算域入口边５４１青岛理工大学学报第４１卷图４ 计算域示意界为滞止入口（ＳｔａｇｎａｔｉｏｎＩｎｌｅｔ），出口边界为压力出口（ＰｒｅｓｓｕｒｅＯｕｔｌｅｔ）．实验测试环境温度为２８℃；流体属性选择为标准大气压下空气，定压比热容为１００３．６２Ｊ／（ｋｇ·Ｋ），导热系数为０．０２７Ｗ／（ｍ·Ｋ），动力黏度为１．８５×１０－５Ｐａ·ｓ．计算流体域及边界示意如图４所示．ＳＴＡＲ ＣＣＭ＋流体计算软件运行时，通过自动耦合求解连续性方程、犖 犛方程及犽 ε两方程湍流模型方程等数学模型方程，计算完成后即可获得相应的流场细节信息．２ 犆犉犇计算结果分析２．１ 风量分布变频发电机组风量分配对比分析如图５所示，其中方案１主要是研究变频器与风扇罩１间间隙对风量分配的影响；方案２主要是在方案１基础上研究加挡板之后风量分配的变化；方案３主要是研究变频器与拉盘间间隙对风量分配的影响．由图５可以看出：１）原模型下风扇１的总风量最大，但进入变频器的总风量最小．风扇１的总风量随着变频器外壳与风扇罩１之间的间隙变小而减小，而进入变频器的总风量随着变频器外壳与风扇罩１之间的间隙变小而增大．造成这种现象的原因是间隙减小，造成风扇前端的风阻增大，从而导致进入风扇的总风量减小，而前端压力的增加，会引起更多的风从变频器进风口吸入，从而使进入变频器的总风量增加．相比原模型，方案１与方案２中风扇１总风量下降３３％，而变频器风量增加４７％；方案３中风扇１总风量下降１３％，而变频器风量增加３５％，所以变频器外壳与风扇罩１之间的间隙大小是影响风扇１总风量与变频器总风量的关键因素．２）各方案风扇２的总风量均非常小，但吹向电机２线圈的风量明显比风扇２的总进风量大４０％～６０％，说明吹向电机２线圈的新鲜冷风大约只有一半，其他都是在风扇２里循环回流的风．对比方案１与方案２，加挡板使风扇２总进风量减小，其他几乎没有改变．２．２ 速度分布原模型及各方案下变频器表面速度分布云图如图６所示．从图６可以看出，原模型对应的变频器表面速度分布最差，散热性能不好．原模型下变频器的表面平均风速仅为０．８６ｍ／ｓ．方案１及方案２对应的变频器表面速度分布更好且相对比较均匀，方案１对应的变频器平均风速为２．２３ｍ／ｓ，方案２对应的变频器平均风速为２．２１ｍ／ｓ．连接变频器外壳与风扇罩１间的间隙，可以大幅度地提升变频器表面平均速度，但同时也会对风扇入风总风量造成很大影响．方案３对应的变频器表面速度分布比原模型略好，平均风速为１．６５ｍ／ｓ．图７为原模型及各方案下电机１的表面速度分布云图．图８为电机表面平均风速对比．综合图５—８可以看出，方案１、方案２、方案３中电机１在风量、表面平均风速以及分布均匀性上均好于原模型，其中方案１、方案２中电机１的风量增加２５％，方案３中电机１的风量增加１１％．方案１、方案２、方案３中电机２的表面平均风速好于原模型．因此，通过减小变频器与拉盘、风扇罩间的间隙，可以提升进入变频器风量的同时，也可以提升电机表面速度分布．然而，间隙减小，风扇前端的进风阻力增大，导致进入风扇的总进风量都比原模型的风量小．６４１第６期 谭礼斌，等：基于ＣＦＤ的某变频发电机组流场数值模拟图６ 变频器表面速度分布云图图７ 电机１表面速度分布云图７４１青岛理工大学学报第４１卷 发动机冷却风道截面示意及各截面风量对比如图９、图１０所示．从图１０可以看出，缸头火花塞侧、箱体火花塞侧高温区域的风量分布相对挺柱侧的风量分布更大，有利于火花塞及其附近高温区域的冷却．原模型下各截面的风量分布最大，其原因是进入系统的总风量值（风扇入口风量）越大，分配到发动机冷却风道上的风量基本就越大．方案１和方案２下各冷却风道风量分布基本一致．方案３在火花塞侧区域的风量分布略高于方案１和方案２，在挺柱侧区域的风量分布则低于方案１和方案２．发动机冷却风道截面速度分布云图如图１１所示．整体速度分布趋势基本一致，原模型的速度分布最好，其次为方案３，方案１和方案２的速度分布基本一致．该速度分布趋势与冷却风道的风量分布是保持一致的．图９ 发动机冷却风道截面示意２．３ 改进建议根据原模型和３种方案的流场对比分析，可以得出发电机组原模型的风扇进风量最大，进入变频器的风量最小，说明变频器的散热存在一定风险．风扇１的总风量随着变频器外壳与风扇罩１之间的间隙变小而减小，而进入变频器的总风量随着变频器外壳与风扇罩１之间的间隙变小而增大．电机１的风量随变频器外壳与风扇罩１之间的间隙变小而增大．因此减小间隙提升变频器和电机风量的同时，会造成系统整体冷却风量的降低．风扇２出风口处添加挡板后，风扇２总进风量减小，但电机２风量的减小并不明显，且电机２内部循环风占电机２冷却风量的比值提升至６５％，电机２的散热风险进一步加大．从流场分布来看，各方案变频器、电机１、电机２上的速度分布均比较均匀（差异为速度大小），不存在速度死区，流场分布也较好．８４１第６期 谭礼斌，等：基于ＣＦＤ的某变频发电机组流场数值模拟图１１ 发动机冷却风道截面速度分布云图针对发电机组原模型，若要提升其散热性能，建议调整变频器外壳与风扇罩１之间的间隙以平衡风扇１风量和变频器风量，在保证进风量的同时提升变频器风量；同时建议风扇２出风口保留原模型的结构不变，从而保证进入电机２新鲜冷却风量的占比．针对同类型的发电机组，上述提升机组散热性能的改进建议同样满足．３ 结论利用ＳＴＡＲ ＣＣＭ＋对某变频发电机组原模型和３种结构方案进行了流场数值模拟，对比分析了发电机组的风量分配规律及其间隙尺寸对风量分布的影响，以期为相应的结构设计提供理论支撑．依据流场分析结果及间隙尺寸研究可以得出如下结论：１）原模型风扇进风量最大，进入变频器的风量最小，变频器的散热存在一定风险；可通过提升进入变频器的风量来进行改善．２）变频器外壳与风扇罩、拉盘间的间隙对风量分布影响较大，风扇总风量随变频器外壳与风扇罩之间的间隙变小而减小，而变频器总风量随变频器外壳与风扇罩间间隙变小而增大；电机风量则随变频器外壳与风扇罩间间隙变小而增大．在进行间隙尺寸设计时，要合理设计变频器外壳与风扇罩的间隙，平衡风扇进风量和变频器风量，在保证进风量的同时提升变频器风量．３）电机２内部循环风和新鲜冷却风基本各占一半，为保证新鲜冷却风的风量，建议风扇２保留原模型的结构不变，从而保证进入电机２新鲜冷却风量的占比．９４１青岛理工大学学报第４１卷参考文献（犚犲犳犲狉犲狀犮犲狊）：［１］ 钱娟，王东方，缪小东，等．基于ＣＦＤ的汽车外流场数值模拟及优化［Ｊ］．制造业自动化，２０１６，３８（４）：７４ ７６．ＱＩＡＮＪｕａｎ，ＷＡＮＧＤｏｎｇ ｆａｎｇ，ＭＩＡＯＸｉａｏ ｄｏｎｇ，ｅｔａｌ．ＮｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｍｏｄｅｌｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｆｏｒｃａｒｂｏｄｙｂａｓｅｄｏｎＣＦＤ［Ｊ］．ＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，２０１６，３８（４）：７４ ７６．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［２］ ＲＹＮＥＬＬＡ，ＣＨＥＶＡＬＩＥＲＭ，ＡＢＯＭＭ，ｅｔａｌ．Ａｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｔｕｄｙｏｆｎｏｉｓｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｒｉｇｉｎａｔｉｎｇｆｒｏｍａｓｈｒｏｕｄｅｄｓｕｂｓｏｎｉｃａｕｔｏ ｍｏｔｉｖｅｆａｎ［Ｊ］．ＡｐｐｌｉｅｄＡｃｏｕｓｔｉｃｓ，２０１８，１４０：１１０ １２１．［３］ ＢＥＲＮＩＦ，ＣＩＣＡＬＥＳＥＧ，ＦＯＮＴＡＮＥＳＩＳ．Ａｍｏｄｉｆｉｅｄｔｈｅｒｍａｌｗａｌｌｆｕｎｃｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｏｆｇａｓ ｔｏ ｗａｌｌｈｅａｔｆｌｕｘｅｓｉｎＣＦＤｉｎ ｃｙｌ ｉｎｄｅｒｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｏｆｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｐａｒｋ ｉｇｎｉｔｉｏｎｅｎｇｉｎｅｓ［Ｊ］．ＡｐｐｌｉｅｄＴｈｅｒｍａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１７，１１５：１０４５ １０６２．［４］ 陈国平，税一晋．基于ＣＦＤ的发电机组内部空间流场分析研究［Ｊ］．移动电源与车辆，２０１３（４）：１３ １９．ＣＨＥＮＧｕｏ Ｐｉｎｇ，ＳＵＩＹｉ Ｊｉｎ．Ａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｔｈｅｆｉｅｌｄｆｌｏｗｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｎｓｉｄｅｇｅｎ ｓｅｔｃａｎｏｐｙｂａｓｅｄｏｎＣＦＤｍｅｔｈｏｄ［Ｊ］．Ｍｏｖ ａｂｌｅＰｏｗｅｒａｎｄＳｔａｔｉｏｎＶｅｈｉｃｌｅ，２０１３（４）：１３ １９．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［５］ 戚中浩，赵萍，李杰，等．２ＭＷ风力发电机组机舱外流场分析［Ｊ］．东方汽轮机，２０１２（３）：１２ １５．ＱＩＺｈｏｎｇ ｈａｏ，ＺＨＡＯＰｉｎｇ，ＬＩＪｉｅ，ｅｔａｌ．Ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｆｌｏｗｆｉｅｌｄａｒｏｕｎｄｔｈｅｎａｃｅｌｌｅｏｆ２ＭＷｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅ［Ｊ］．ＤａｎｇｆａｎｇＴｕｒｂｉｎｅ，２０１２（３）：１２ １５．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［６］ ＺＨＡＮＧＣ，ＵＤＤＩＮＭ，ＲＯＢＩＮＳＯＮＣ，ｅｔａｌ．ＦｕｌｌｖｅｈｉｃｌｅＣＦＤｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｓｏｎｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｆｒｏｎｔ ｅｎｄｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｏｎｒａｄｉａｔｏｒｐｅｒ ｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｃｏｏｌｉｎｇｄｒａｇ［Ｊ］．ＡｐｐｌｉｅｄＴｈｅｒｍａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１８，１３０：１３２８ １３４０．［７］ 谭礼斌，袁越锦，徐英英，等．基于ＳＴＡＲ ＣＣＭ＋的某低速电动车用散热器数值模拟分析［Ｊ］．陕西科技大学学报，２０２０，３８（３）：１４５ １５２．ＴＡＮＬｉ ｂｉｎ，ＹＵＡＮＹｕｅ ｊｉｎ，ＸＵＹｉｎｇ ｙｉｎｇ，ｅｔａｌ．ＮｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆｒａｄｉａｔｏｒｆｏｒａｌｏｗｓｐｅｅｄｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｖｅｈｉｃｌｅｂａｓｅｄｏｎＳＴＡＲ ＣＣＭ＋［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｈａａｎｘｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０２０，３８（３）：１４５ １５２．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［８］ 付珊，郭健翔，徐文，等．生物安全柜流动噪声的数值模拟［Ｊ］．青岛理工大学学报，２０１５，３６（６）：８７ ９２．ＦＵＳｈａｎ，ＧＵＯＪｉａｎ ｘｉａｎｇ，ＸＵＷｅｎ，ｅｔａｌ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｆｌｏｗｎｏｉｓｅｏｆｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｓａｆｅｔｙｃａｂｉｎｅｔｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＱｉｎｇｄａｏＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０１５，３６（６）：８７ ９２．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）（责任编辑 赵金环）（上接第９５页）［１５］ 王超，李淑娟，柴鹏，等．单晶ＳｉＣ微切削机理分子动力学建模与仿真研究［Ｊ］．兵工学报，２０１８，３９（８）：１６４８ １６５４．ＷＡＮＧＣｈａｏ，ＬＩＳｈｕ ｊｕａｎ，ＣＨＡＩＰｅｎｇ，ｅｔａｌ．Ｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｍｉｃｒｏ ｃｕｔｔｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｓｉｎｇｌｅｃｒｙｓｔａｌＳｉＣｂｙｍｏｌｅｃｕｌａｒｄｙｎａｍｉｃｓ［Ｊ］．ＡｃｔａＡｒｍａｍｅｎｔａｒｉｉ，２０１８，３９（８）：１６４８ １６５４．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［１６］ ＺＨＵＰｅｎｇ ｚｈｅ，ＱＩＵＣｈｅｎ，ＦＡＮＧＦｅｎｇ ｚｈｏｕ，ｅｔａｌ．Ｍｏｌｅｃｕｌａｒｄｙｎａｍｉｃｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｏｆｎａｎｏｍｅｔｒｉｃｃｕｔｔｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｏｆａｍｏｒｐｈｏｕｓａｌｌｏｙ［Ｊ］．ＡｐｐｌｉｅｄＳｕｒｆａｃｅＳｃｉｅｎｃｅ，２０１４，３１７：４３２ ４４２．［１７］ ＢＯＮＮＹＧ，ＴＥＲＥＮＴＹＥＶＤ，ＰＡＳＩＡＮＯＴＲＣ，ｅｔａｌ．Ｉｎｔｅｒａｔｏｍｉｃｐｏｔｅｎｔｉａｌｔｏｓｔｕｄｙｐｌａｓｔｉｃｉｔｙｉｎｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌｓ：ＴｈｅＦｅＮｉＣｒｍｏｄｅｌａｌｌｏｙ［Ｊ］．ＭｏｄｅｌｌｉｎｇａｎｄＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｉｎＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１１，１９（８）：０８５００８．ＤＯＩ：１０．１０８８／０９６５ ０３９３／１９／８／０８５００８．［１８］ 言兰．基于单颗磨粒切削的淬硬模具钢磨削机理研究［Ｄ］．长沙：湖南大学，２０１０：２９ ３０．ＹＡＮＬａｎ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｇｒｉｎｄｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｈａｒｄｅｎｅｄｃｏｌｄ ｗｏｒｋｄｉｅｓｔｅｅｌｂａｓｅｄｏｎｓｉｎｇｌｅｇｒａｉｎｃｕｔｔｉｎｇ［Ｄ］．Ｃｈａｎｇｓｈａ：ＨｕｎａｎＵｎｉ ｖｅｒｓｉｔｙ，２０１０：２９ ３０．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［１９］ ＬＥＷＩＳＪ，ＳＣＨＷＡＲＺＥＮＢＡＣＨＤ，ＦＬＡＣＫＨＤ，Ｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄｇｒａｄｉｅｎｔｓａｎｄｃｈａｒｇｅｄｅｎｓｉｔｙｉｎｃｏｒｕｎｄｕｍａｌｐｈａ Ａｌ２Ｏ３［Ｊ］．ＡｃｔａＣｒｙｓ ｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃａＳｅｃｔｉｏｎＡ，１９８２，３８：７３３ ７３９．［２０］ 王健全，田欣利，唐修检，等．面向工程陶瓷的单颗金刚石磨粒划擦磨损规律［Ｊ］．金刚石与磨料磨具工程，２０１２，３２（３）：１ ６．ＷＡＮＧＪｉａｎ ｑｕａｎ，ＴＩＡＮＸｉｎ ｌｉ，ＴＡＮＧＸｉｕ ｊｉａｎ，ｅｔａｌ．Ｗｅａｒｒｕｌｅｏｆｓｉｎｇｌｅｄｉａｍｏｎｄｇｒｉｔｗｈｅｎｓｃｒａｔｃｈｉｎｇｏｎｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｃｅｒａｍｉｃｓ［Ｊ］．Ｄｉａｍｏｎｄ＆ＡｂｒａｓｉｖｅｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１２，３２（３）：１ ６．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［２１］ ＤＡＷＭＳ，ＦＯＩＬＥＳＳＭ，ＢＡＳＫＥＳＭＩ，ｅｔａｌ．Ｔｈｅｅｍｂｅｄｄｅｄ ａｔｏｍｍｅｔｈｏｄ：Ａｒｅｖｉｅｗｏｆｔｈｅｏｒｙａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅＲｅｐｏｒｔｓ，１９９３，９（７／８）：２５１ ３１０．（责任编辑 赵金环）０５１。
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Computational fluid dynamics simulation of hydrodynamics in an internalloop fluidized bed reactor with a funnelshaped internal
ZHU Jialiang，CHEN Xiangjia，ZHANG Tao，FENG Chunhua，WEI Chaohai *
第 31 卷第 6 期 2011 年 6 月
环 境 科 学 学 报 Acta Байду номын сангаасcientiae Circumstantiae
Vol． 31 ， No． 6 Jun． ， 2011
． 环境科学学报， 31 （ 6 ） ： 1212-1219 朱家亮， 陈祥佳， 张涛， 等． 2011． 基于 CFD 的内构件强化内循环流化床流场结构分析［J］ loop fluidized bed reactor with a Zhu J L，Chen X J，Zhang T，et al． 2011． Computational fluid dynamics simulation of hydrodynamics in an internalfunnelshaped internal［ J］ ． Acta Scientiae Circumstantiae， 31 （ 6 ） ： 1212-1219
Abstract： The development of fluidized bed reactors suffers from drawbacks including a poor understanding of the complexity of internal fluid flow and the Eulerian doublephase model lack of an efficient theory for scaleup of the design． A computational fluid dynamics （ CFD） simulation using the Eulerianwas used for predicting the complex twophase flow in a reactor which was enhanced by implanting an funnelshaped internal in the internalloop fluidized bed reactor． The role of the conical baffle in improving the gasliquid mixing was explored by investigating the flow field，the gas holdup distribution and the liquid velocity distribution． The simulation results demonstrate that the EulerianEulerian model reasonably predicts the twophase flow in the fluidized bed． The coneshaped baffle is favorable for improving gasliquid mass transfer by increasing the flow conductivity of both gas and liquid and extending the bubble retention time． The presence of the conical baffle results in an increase in the gas holdup by 10% 25% in the rising area and by a maximum of uniform distribution of bubbles is also observed in ten times in the downcomer area，but also a noticeable decrease in the liquid circulation velocity． Nonthe downcomer area，and specifically the gas holdup in some areas is found to approach 1． The simulation results imply that the appropriate range of gas velocity and type of the implanted baffle should be rationalized to achieve the optimal liquid circulation velocity and gas holdup，thus leading to the optimization of reactor function and system design． Keywords： wastewater treatment； internalloop fluidized bed； coneshaped baffle； hydrodynamics； numerical simulation； CFD （ computational fluid dynamics）
Key Lab of Pollution Control and Ecosystem Restoration in Industry Clusters， College of Environmental Science and Technology， South China University of Technology，Guangzhou 510006 Received 9 January 2011 ； received in revised form 1 February 2011 ； accepted 28 February 2011
基于 CFD 的内构件强化内循环流化床流场结构分析
朱家亮， 陈祥佳， 张涛， 冯春华， 韦朝海
收稿日期：2011-01-09 修回日期：2011-02-01 * 华南理工大学环境科学与工程学院 ， 工业聚集区污染控制与生态修复教育部重点实验室， 广州 510006 录用日期：2011-02-28
摘要：针对流化床内部流体结构的复杂性和缺乏有效放大设计理论的问题 ， 以漏斗型导流内构件强化的内循环流化床的气液运动为研究对象， 利用欧拉欧拉双流体模型构建了能描述其复杂流动的 CFD 数学模型， 通过宏观流场、 气含率分布、 液体速度分布解析内构件对气液混合传质 流化床中漏斗型导流内构件的置入能够稳定流场和增加气 的作用原理． 数值模拟结果表明 ： 双流体模型能较好地揭示流化床内气液流场结构， 泡的停留时间 ， 明显提高相际间的混合与传质效果 ； 通过数值分析的直观与量化获知， 特定条件下上升区气含率增加 10% 25% ， 下降区气含 液体循环速度被一定程度降低 ， 下降区的气泡较多地聚集于顶部， 形成了气含率接近于 1 的区域而构成分布上的不均 率的峰值增大约 10 倍， 在实际废水处理中应该寻求合适的操作区域与内构件型式 ， 以达到液体循环速度和气含率等流体力学特性的数值结 匀． 数值分析的结果启示 ， 构优化， 最终实现反应器的功能化与优化设计的结合 ． 关键词：废水处理； 生物流化床； 内构件； 流体力学； 数值模拟； CFD 2468 （ 2011 ） 06-1212-08 文章编号：0253中图分类号：X703 文献标识码：A