摩托车排气管内部流场数值模拟

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发动机排气系统及尾喷流的流场和红外特征数值模拟_刘友宏

magnifica tion
计算网格采用四边形为主的非结构化网格 , 空腔内网格很密 , 外流网格逐渐稀疏 , 在固壁附近网格进行加密处理 .进行了网格无关解数值试验 . 计算区域网格划分和轴对称喷管内流网格划分的局部放大如图 2 所示 .
1 .1 计算模型
由于发动机排气系统具有轴对称性 , 所以选取对称平面作为计算对象 .建立的发动机排气系统内外流一体化流场的轴对称计算区域模型包含加力燃烧室、内外涵、喷管、发动机机外流、外调节片与喷管筒体之间的引射流、尾喷流 , 如图 1 所示 .排气系统由喷管平直段、预收敛平直段、收敛段、扩张段和内侧的隔热屏、外侧引射冷却夹层通道构成 , 喷管筒体内侧的隔热屏因为开孔直径非常小 , 冷气流量小 , 从而气膜冷却热流也很小 , 所以流场计算模型中没有直接考虑隔热屏的隔热作用 , 外涵气流直接冷却喷管筒体内壁面 .在图 1 的计算区域中 , 下侧线为对称轴 x 轴 , x 轴的原点位于喉部截面 , 赋予对称轴边界条件 ;图中左侧由中心向外依次为内、外涵进口、引射流进口和大气外流进口 , 内外涵进口分别赋予相应的来流总温、总压边界条件 , 喷管筒体外侧、外调节片内侧引射的空气进口则赋予大气压力进口边界条件 , 排气系统以外的大气进口赋予远场大气来流边界条件 ; 图中上侧为大气外流边界 , 赋予远场大气来流边界条件 ;图中右侧为计算域出口 , 赋予远场压力边界条件 , 其它参数为一阶精度外推 .收扩喷管的固壁为无滑移、绝热边界条件 .内外涵气流在排气系
Abstract :T he f low field of an aeroengi ne e xhaust system including it s inner space and outer space w as calculat ed using the Navier-Sto kes equat ions .A nd then the infrared calculation m odel of the aeroengine ex haust sy stem and it s plume usi ng i nt egratio n m ethod of the radiative t ransf er equat ion (RT E)w ere est ablished .T he co rresponding FO RT RAN prog rams f or the i nf rared radiat ion calculatio n w ere w rit ten , w hich can simulate tw o cases if the af t er burner is o n or no t .If the af ter burne r is on t he soo t abso rption and it s radiatio n must be considered ex cept f or the gas m edia radiation of t he w ate r st ream , t he carbo n di oxide , the carbon mo no xide and the nit rog en mo no xide .T his paper fi nally gi ves t he sim ulat ed result s of the inf rared characteristics in t he w av e of 3 ～ 5 μm in the f lying conditi on of high al tit ude .

喷管射流流场的数值模拟方法综述(一)-RANS方法简介

６
喷管射流流场的数值模拟方法综述（）一
第３期
具有一定的局限性，而且ＲＮＳ方法只能给出湍流流动的平均信息。由此，能直接模拟引Ａ起噪声的湍流脉动项的一种新方法问世，这就是ＬＳ方法。为了应用ＬＳ方法更好的研ＥＥ究气动噪声问题，这种方法更关注于模拟湍流脉动效应。本文对该方法应用于湍流射流流场数值模拟进行了综述性的讨论和评价。
李艳亮（沈阳１本文主要讲述了国外ＣＤ对喷流流场的研究现状。无论是简单的还是非常复杂的喷流流场Ｆ
数值模拟，一直沿用了雷诺平均的Ｎ— Ｓ方程方法（ｙｏｄ— ｖｒｅｖｒＳｏｅ，ＡＮＳ）ＲｅｎｌＡｅａｄＮａｉ — ｔｋｓＲｓｇｅ。ＲＡＮＳ方
第２卷第３８期
２１００年９月
气动研究与实验
ＡＥＲＯＤＹＮＡＭＩＲＥＳＣＥＡＲＣＨ＆ＥＸＰＥＲＩＥＮＴＭ
Ｖ１８ｏｏ２．．．Ｎ３
Ｓｐ．００ｅ．２１
喷管射流流场的数值模拟方法综述【）一
ｍ
ＲＡＮＳ方法简介
引
言
随着现代计算流体力学的ｌ发展，国外开展了大量的发动机喷管湍流射流流场的｛ｌ速ＣＤ研究工作，且取得了大量：程实用成果，为推力转向技术的工程实用化和改进起到了Ｆ［巨大的推进作用。近年来，为了降低噪声，国外采用了许多新型喷管概念。如商用客机常采用的ｃｅｒｎ喷管…。其锯齿形的边缘增强了尾气的掺混，改变了射流的湍流特性，降ｈｖｏ低了噪声。除此以外，还有一些降噪的基本措施，如等离子体激振器、流引射等，ｃｅｒｎ射与ｈｖｏ喷管工作原理类似。ａａｓｈｕ】设计了一系列喷管技术用来改善风扇的流场。目Ｐｐｍｏｃｏ［已经其的就是改变流体方向以及减弱噪声等，用于这些技术的主要装置包括叶片或者楔块等。这些技术的实施都通过ＣＤ来加速检验以及应用于工程领域。Ｆ现今ＣＤ已经成功扎根于航空设计的各个领域。尽管ＲＦＡＮＳ方法采用的湍流模型对射流的模拟有一定的局限性，但是目前绝大多数用于工程设计的ＣＦ都采用的是ＲＤＡＮＳ方法。近几年国外采用许多高级模型开展射流流场模拟的：作很多，在一定程度上弥补了［ＲＮＳ方法的不足。目前，一个普遍的、适用范围广泛的湍流模型几乎是不存在的。所有Ａ的ＲＡＮＳ湍流模型都是通过湍动能和局部尺度因子从统计学角度来描述湍流特性的。对针绝大多数射流问题，线性的两方程模型经常使用，如ｋｅｋ模型。近几年，为提高湍．和一流射流流场中脉动项的捕捉能力，人们一直致力于研究非线性的显式代数应力模型（ＡＳ。但是该模型还是采用的两方程模式，其缺陷也同线性的两方程模型一样。基于ＥＭ）ＲＮＳ方法的噪声预测和分析方法，其强烈依赖于ＲＡＡＮＳ计算得来的噪声源。这种方法对冷喷流得到的结果可信度是很高的，但是对于热喷流和非轴对称外形就比较差了。在喷流的数值模拟方面，直接数值模拟（ＮＳＤ）方法直接计算湍流脉动项而不采用任何的统计模型，是由于其计算量巨大的原因也许在未来的某一天才能实现。相对于ＤＮＳ但方法，ＬＳ方法是目前乃至以后很长一段时间提高喷流预测效果的较理想方法。在过去的Ｅ十年中，ＬＳ取得长足的进步归功于计算机技术的快速发展。ＬＳ是一种非定常的数值模ＥＥ拟方法，它直接模拟大尺度涡结构，而小尺度量通过建立模型来确定。这种方法能较好的模拟流场中的大涡结构，提高对流场的模拟精度。ＬＳ在喷管设计过程中，对于射流模拟Ｅ和降低噪声的评估能发挥巨大的作用。是，ＬＳ方法应用于工程设计还有许多工作和但将Ｅ细节问题需要探讨。随着ＣＤ技术和计算机技术的迅猛发展，ＣＤ已经成为常规的气动分析手段。针对ＦＦ发动机喷管的喷流流场，ＲＡＮＳ方法在近几年已经成功的应用于气动性能评估，例如推力矢量等等。现在气动噪声问题已经日益引起人们的关注，由排气装置和喷流引起的噪声已经成为目前研究的主要问题。为了能够准确的分析噪声和降低噪声，ＣＤ必须较精准的模Ｆ拟湍流的结构（由其而产生的噪声）。尽管针对ＲＡＮＳ方法已经进行了长久的和有效的改进工作，但是其湍流模型对于具有显著的三维性、压缩性和高温效应的射流流场来说还是

内部流场分析

第三章轴向柱塞泵内部流程仿真计算流体动力学（CFD）是在计算机上求解描述流体运动、传热和传质的偏微分方程组，并且对上述现象进行过程模拟。

将CFD 技术与工程研究相结合，不仅有助于工程设计的改进，而且能减少实验的工作量．可以说，CFD 技术是一种有效和经济的研究手段。

流体流道的结构对整泵的液压性能起着决定性的作用，因此，有必要揭示流道内流体的运动规律，以及机械结构对流体动力特性的影响，本章将利用CFD 软件Pumplinx软件对泵的内部流场进行仿真分析，研究泵的空化问题。

使用泵的CFD 模拟仿真使得在泵的设计阶段就可以了解泵的性能，避免设计失误，减少试验成本，缩短设计周期。

1、软件简介PumpLinx是Simerics公司的专业泵和马达CFD 模拟工具。

Simerics 是一家美国的动力学软件/咨询公司，总部位于美国阿拉巴马州亨茨威尔市。

Simerics 的团队由科学家和工程师构成，他们的核心成员早在1980 年就是CFD 软件开发和应用方面先驱者。

将他们的知识和经验与先进的计算物理、计算几何和软件工程相结合，给客户提供了新一代的仿真工具。

图3.1 pumplinx软件界面PumpLinx 是一个独特的CFD 工具，它可以帮助工程师更好的设计泵和马达，与其它的通用CFD 软件相比具有以下优点：（a）功能完备。

具有模拟流动、通风、汽蚀的高精度模型。

完全满足泵及其它任何具有旋转部件流体设备的模拟能力。

（b）具有泵/马达专业模版，快速完成设置。

模版将泵CFD模拟的流程和规范内置到PumpLinx软件中，泵的模版使CFD 模拟的设置简单化，同时保证了计算结果的可靠性。

（c）快速计算。

对于不同的泵配置，如转子泵或叶片泵，已经通过可定制模块预编程到PumpLinx 之内，几分钟之内就可以完成设置。

至于计算速度，在泵类应用方面，PumpLinx通常比其它CFD 代码快5倍。

（d）高度自动化的网格生成：PumpLinx / Simerics最新发布的 2.0 版的自动化网格生成能力能够使用户通过简单的两到三步快速的创建网格。

复杂几何形状喷管内外三维流场的数值模拟

复杂几何形状喷管内外三维流场的数值模拟摘要：本文研究了利用数值模拟来研究复杂几何形状喷管内外三维流场的研究。

我们利用一个特殊的不可压缩的流动模型来获取内外流场的属性，并利用三维数值模拟来提供相关结果。

结果表明，复杂几何形状喷管内外三维流场有利于增加流动湍流，从而使内部流场更加复杂。

关键词：复杂几何形状、喷管、流场、数值模拟正文：本文以复杂几何形状喷管内外三维流场为研究对象，利用数值模拟技术进行研究。

选用一个特殊的不可压缩性流动模型来定义内外流场的速度场和压力场，利用三维数值模拟的方法来求解流动问题。

研究了流场中不同的几何形状对流动特性的影响，如流动湍流、能量放大和压力分布等。

分析了喷管内外的流动特性，包括内部的局部混合情况，以及喷管内外壁面上的属性。

最后，总结了复杂几何形状喷管内外三维流场的规律。

复杂几何形状喷管内外三维流场的数值模拟可以用于众多工业领域，特别是催化剂、储油技术和流体动力学相关领域。

例如，可以用来模拟复杂几何形状喷管内外流场特性，为提高催化剂的催化效率提供有益的信息；对于储油技术而言，可以利用数值模拟技术来模拟三维流场特性，根据油地质特征和泄漏方式来预测不同油层的油量和渗透率；此外，流体动力学也可以应用此技术，例如模拟和分析涡轮增压器的流动质量和压力，以及辅助人们在流体发动机设计过程中精确优化流场特性。

另外，复杂几何形状喷管内外三维流场的数值模拟还可以应用于航空航天、医学诊断、重力潮汐和地质勘探领域。

因此，复杂几何形状喷管内外三维流场的数值模拟技术可以作为测试和优化各种工程问题的一种重要手段，这也为物理研究提供了很多有价值的信息，这些信息可以应用到工程实践中去，让我们能够利用有限的资源实现更高效的工程实现。

复杂几何形状喷管内外三维流场的数值模拟技术还可以应用于卫星微重力测量领域。

通过使用复杂几何形状的喷管，可以精确地模拟微重力场，更准确地预测重力影响范围等。

例如，可以模拟宇宙空间环境下太阳系物体之间的重力影响，以此来改善宇航轨道计算，增强宇航器的操纵性能。

排气管尺寸对旋风分离器流场影响的数值模拟

ＡｂｔａｔＲｙｏｄｔｓｍｄｌ（Ｓｓｒｃ：ｅｎｌｓｒｓｏｅＲＭ）ｗｓｕｅｒｉｕａｉｆｘａｓｐｅｄｍｅｓｎｏｙｌｅｓｅａｓｄｆｍｌｔｎｏｈｕｔｉｉｎｉｎｃｃｎｏｓｏｅｐｏｏ
ｌｗｅｄｆｏｆｌ．Ｒｅｕｔｈｗｅｈｔｈｏｆｅｄｉｈｅａｎｌｒｓａｅｏｙｌｎｅａａｏｔｉｇｅｉ — ｉｓｌｓｓｏｄｔａ，ｔｅｆｗｌｎｔｎｕａｐｃｆａｃｃｏｅｓｐｒｔｒｗｉｈａｓｎｌｎｌｉ
口旋风分离器的非轴对称性在环区更明显；排气管壁存在滞流区，气管尺寸减小，滞流区变薄；在排该在分离区，Ｄ／Ｄ≥０４时，．旋风分离器的中心位置存在向下旋流，旋流造成一定返混，该对提高旋风分离器效率不利；随着
Ｄ／Ｄ的减小，内旋流切向速度提高，中心处的向下旋流速度减小，总压降大幅提高；Ｄ／＝．当Ｄ０３时，中心处向下旋
Ｖｏ．１３２Ｎｏ．４
Ｊｌ０１ｕｙ２０
ｄｉ１．９９ｊｉｎ１７ —７２．０００．０ｏ：０３６／．ｓ．６１６７２１．４０３ｓ
排气管尺寸对旋风分离器流场影响的数值模拟
吴彩金，正飞，马韩虹
ｔｅｓｒａｅｏｈｕｌｔｔｂＩｕｄｂｈｎｒｗｈｅｕｌｔｔｂｓｓｌｒｈｕｆｃｆｔｅｏｔｅｕｅ．ｔｗｏｌｅｔｉｅｎｏｔｅｕｅｗａｍａｌ；ｗｈｎＤ ≥ ０４ａｅｅ／Ｄ．ｎｄｄｗｎｒｏａｉｎａｏｗａｔｔｅｔｒｏｈｙｌｎｏｗａｄｒｔｔｏｌｆｗｓａｈｅｃｎｅｆｔｅｃｃｏｅ，ａｃｒａｎｂｃｘｎｎａｏａｌｏｈｆ — ｌｅｔｉａｋｍｉｉｇｕｆｖｒｂｅｆｒｔｅｅｉｃｅｃｕｄｂｒａｅＷｉｈｅｌｗｅａｕｓｏ／Ｄ，ｔｎｅｔａｅｏｉｙａｄｄｗｎｒｏｖｌｃｔｔｉｎｙｗｏｌｅｃｅｔｄ．ｔｔｏｒｖｌｅｆＤｈａｇｎｉｌｖｌｃｔｎｏｗａｄｆｗｅｏｉａｌｙｔｅｃｎｅｅｒａｅｈｅｔｒｄｃｅｓｄ，ａｄｏｅａｌｐｅｓｒｄｏｎｒａｅｕｔｎｉｌｎｖｒｌｒｓｕｅｒｐｉｃｅｓｄｓｂｓａｔａｌＷｈｎＤＤ＝０．ｙ．ｅ／３，ｔｅｄｗｎｈｏ－ｗａｄｆｏａｈｅｔｒｄｓｐｅｒｄ，ｈｓｉｒｖｎｅａａｉｇｅｃｅｃ．ｒｗｔｔｅｃｎｅｉａｐａｅｔｕｍｐｏｉｇｓｐｒｔｆｉｎｙｌｎｉＫｅｒｓ：ｙｌｎｅａａｏ；ｆｏｆｅｄ；ｅｈａｓｐｙｗｏｄｃｃｏｅｓｐｒｔｒｌｗｌｉｘｕｔｐｉｅ

气液旋流分离器排气管结构优化的数值模拟

旋流分离技术日益成为国内外竞相研究的热点技术，旋流分离器具有结构简单、无运转部件、
１．１湍流模型的选择ＣＦＤ能够成功模拟分离器内部湍流流场，关键在于能够准确描述出湍流流场的特征。ＦＬＵＥＮＴ中提供的湍流模型中只有ＲＳＭ模型能够预测与实验数据一样的组合涡。目前国内外许多学者应用ＲＳＭ模型成功模拟气液旋流分离器内部流场的情况Ｈ，因此笔者采用ＲＳＭ模型对旋流器内气相流场进行数值计算。１．２控制方程
Ｄ
．
— —
湍流扩散项；
Ｐ， —— 雷诺剪应力产生项；咖， —— 压力应变项；
— —
工
机
械
６２１
１．３ＤＰＭ模型
用，其他作用力相对于曳力要小很多故忽略不计。１．４边界条件的设定采用欧拉一拉格朗日计算方法时应先计算连续相流场，然后再引入离散相，因此边界条件设定分为气相边界条件的设定和两相边界条件的设定，两者的区别在于后者主要表现在颗粒相的设置上。首先设置气相边界条件，分离器入口设置为ｖｅｌｏｃｉｔｙｉｎｌｅｔ，连续相介质为空气，出口条件为ｏｕｔｆｌｏｗ，其他壁面均设置为无滑移边界条件，在后设置两相边界条件，入口处将颗粒群按初始尺寸分组，使不同直径的液滴均匀的从人口截面上射入分离器内，液滴的初始速度为气体的入口速度；当液滴运动到壁面时只考虑反弹和沉积，故壁面设置为ｒｅｆｌｅｃｔ，设置排气口边界为ｅｓｃａｐｅ，捕集

基于CFD数值模拟的汽车排气系统结构分析_谷芳

第25卷(2007)第4期内　燃　机　学　报T ransaction s of CS I CEV o.l 25(2007)N o .4　文章编号:1000-0909(2007)04-0358-0625-058　收稿日期:2006-10-21;修回日期:2007-01-11。

基金项目:天津市科委科技攻关项目(043185111-8);天津市应用基础研究计划项目(07J CYBJ C06700)。

作者简介:谷　芳,博士后,E -m ail :gu fang76@163.co m 。

基于CFD 数值模拟的汽车排气系统结构分析谷　芳1,2,刘伯潭2,李洪亮2,潘书杰2(1.天津大学化学工程联合国家重点实验室,天津300072;2.天津市机动车尾气催化与净化工程中心,天津300457)摘要:采用台架试验与计算流体力学(CFD )数值模拟相结合的方法,对某款汽车排气系统进行结构优化,以降低其排气背压。

根据台架试验结果,划分了原排气系统中紧耦合催化转化器、二级催化转化器、主消声器和副消声器等各部件对整个排气背压的贡献量。

通过CFD 数值计算,详细分析了原排气系统中的流动特性,找到各部分排气背压的产生原因。

结合台架试验和CFD 的分析结果,对原始方案进行了针对性的结构优化。

优化方案的排气背压比原始方案的排气背压平均下降了40%左右,最大排气背压由原来的90kPa 下降到改进后的51kP a 左右,达到了设计要求。

关键词:排气系统;计算流体力学;优化设计中图分类号:TK 402 文献标志码:AStructural Analyses for the Veh icle Exhaust Syste m Based on CFD Sm i ulationGU Fang 1,2,LI U Bo -tan 2,L IH ong -li a ng 2,PAN Shu -ji e2(1.S tate K ey L aboratory of Chem ical Enginee ri ng ,T ian jin U niversity ,T ian jin 300072,China ;2.T i anji n Eng inee ri ng Center fo r C ata l y tic P urifica tion o f V eh icle Exhaust ,T ian ji n 300457,China )Ab st ract :The str uct ural opti m al designs ai m ed t o decr ease t he high back -pr essur e of a vehic l e exhaust syste m were acco m plished w it h the benc h test and co mputa tiona l fl uid dyna m ics (CFD )si m u l ation .Based on the r esu lts o f benc h test for the pri m ar y exhaust syst e m ,contributions fr o m the close coupling cata l ytic convert e r ,t he t wo -stage catalytic converter ,t he m ain m uffler and t he auxiliar y muffler for the whole bac k -pressure were c l assified .A nd the flo w c har acteristics o f the pri m ar y exhaust syste m were a lso analyzed in de t a ils by CFD si m u l a tion ,which r evea l ed the m ain r easons of the high exhaust back -pres -sure .Based on t he results of t he benc h test and the CFD si m u l a tion ,a se ries of directed designs f o r the exhaust syst e m w er e proposed .Therefore ,bac k -pr essure of t he opti m al exhaust syst e m decreases by 40%aver age l y than that of the pri m ar y one .The highest exhaust back -pressur e decreases fr o m 90kPa to 51kPa .K ey words :Exhaust syste m ;Co m putational flui d dyna m ic ;O pti m a l desi gn引言采用数值模拟与台架试验相结合的方法来开发汽车排气系统,可以减少试验量,缩短设计周期,降低设计成本[1]。

旋风分离器排气管内气相流场的数值模拟

旋风分离器排气管内气相流场的数值模拟
金有海，姬广勤，曹晴云，王建军
（中国石油大学机电工程学院，山东东营２７６）５０１摘要：用雷诺应力模型对直切式旋风分离器内气相流动的三维流场进行数值模拟，采分析了排气管内的气相流场特点及排气管直径对气相流场的影响。结果表明：排气管内气流旋转强度较高，向速度呈强剪切流特征，轴并且存在回流区，这些都是造成能量损失的重要原因；减小排气管直径可以抑制短路流量，旋风分离器整个空间内的切向使速度增大，有利于颗粒分离，但同时压降增大。关键词：风分离器；气管；旋排气相流动；数值模拟
ｔｘｆｄｒｄｃｅｓｓｈｏｗａｄｆｗｄｃｅｓｓａｄｔｅｔｎｅｔｅｏｉｅｆｔｅｗｈｌｙｌｎｅａａｏｎｒａｅｕｅｎｅｅｒａｅ，ｔｅｄｗｎｒｏｅｒａｅｎｈａｇｎｉｖｌｃｔｓｏｏｅｃｃｏｅｓｐｔｒｉｃｅｓ，ｂｔｉｌｌａｉｈｒ
ＡｂｔａｔａｅｎＲｅｎｌｓｓｒｓｄｌｈｈｅ — ｉｎｉｎｌｇｓｐａｅｆｗｌｄｉｙｌｎｅａａｏｉａｇｎｉｌｓｒｃ：Ｂｓｄｏｙｏｄｔｓｍｏｅ，ｔｅｔｒｅｄｍｅｓｏａａ — ｈｓｏｆｅｎｃｃｏｅｓｐｒｔｒｗｔｔｎｅｔｅｌｉｈａ
２００８年第３２卷第６期

一种新型排气净化消声器的内部流场分析

一种新型排气净化消声器的内部流场分析摘要：对新型的的排气净化消声器建立流场模型，利用CFD软件Fluent进行内部流场分析，本文研究的是带有内置低温等离子体装置的消声器，低温等离子体装置势必对消声器的流场特性产生巨大的影响，进一步影响柴油机的性能。

通过对比分析两种不同内部结构的模型的压力场、速度场，得出内置低温等离子体对消声性能的影响。

通过流场数值模拟，可以分析消声器的空气动力性能，为消声器的设计改造起到一定的指导作用。

关键词：净化消声器，低温等离子体，空气动力性Abstract：By establishing flow field model of the new type of exhaust purification muffler，using CFD software Fluent to analysis internal flow field，this paper studies a muffler with low temperature plasma device built-in，the low temperature plasma device will be have a great influence on the flow field characteristics，and further affect the performance of the diesel engine. Through the comparative analysis the pressure field，velocity field of the two kind of model with different internal structure，it is concluded that the built-in low temperature plasma influence on the muffler performance. Through the numerical simulation of flow field，it is convenient to analyses the muffler aerodynamic performance，and provide guides for the muffler design and transformation .Keywords：purification muffler，low temperature plasma，air dynamic0 前言消声器是降低柴油机排气噪声最主要的消声降噪装置，已经广泛应用到发动机领域。

小排量摩托车发动机的功率输出及进排气管噪声的一维仿真技术

小排量摩托车输出功率以及进排气噪声的一维仿真模拟研究摘要在此文中，利用一维仿真技术将三维的进排气系统转化为一维模拟计算，这些计算包括内燃机的热力学计算以及流体动力学计算，最后建立了一维仿真模型来对小排量摩托车发动机的输出功率和进排气噪声进行以为模拟仿真研究。

对于不同排量及不同冷却系统的发动机，只需将计算模型中的边界条件做相应改动，就可以算出精确的功率输出。

对于进排气噪声，我们可以先将一些影响计算准确性的关键点标出来，以便在将三维动态模型转换为一维计算时计算模型中可以反映出这些点的动态情况。

对于消声器来说，由于其内部结构复杂，而一维计算模型不能计算涉及三维空间的模型，所以对于消声器的计算不是很准确。

尽管如此, 1D-3D联合仿真模拟有望将计算准确性进行提升。

引言近来，南亚一些国家成为了小排量摩托车的主要市场，对于摩托车降低噪声的重要性越来越凸现出来。

而而在大规模成产过程中对于这种摩托车上的进排气系统的规格范式的确定不那么容易，因为复杂的进排气系统在有限的空间上布局很难设计。

通常，在开发新机型的过程中，为了确定发动机的规格以及进排气系统的设计我们使用不同的方法。

这些方法不是专门针对输出功率的计算就是对进排气系统噪声的计算，而发动机规格范式的改变对于动力输出以及噪声产生的影响无法准确估算。

通常需要在原机型上反复做实验来确定所要开发的发动机的规格样式。

因此，在发动机开发的初始阶段，我们需要仿真技术来预测发动机的动力输出以及进排气系统的噪声情况。

一维仿真是解决这一问题的一条途径。

要对发动机的动力输出以及进排气噪声同时进行精准的计算要求一维模型非常接近真实。

虽然在大排量多缸摩托车发动机和汽车发动机上常用到一维仿真模拟，但是对于进排气噪声和单缸小排量发动机的一维仿真研究还没有系统化的研究。

本文针对进排气噪声和动力输出开发研究了仿真预测技术。

计算模型一维模拟在本文研究中，使用了里卡多公司研制的一维仿真软件WAVE。

涡扇发动机排气喷流流场和声场数值模拟

涡扇发动机排气喷流流场和声场数值模拟田玉雯【摘要】为了适应严格的飞机适航噪声标准,降低发动机排气噪声是现今涡扇发动机设计时必须考虑的因素之一.本文采用大涡模拟(LES)和声学软件,计算了不同边界条件下排气喷管流场及声场特性.研究表明,喷管入口压比和温度同时影响着喷流噪声,当压力增大时,喷流噪声的声压级整体随之增加,且在-36°到36°区间增大幅值明显.内涵入口温度增加时,总声压级整体增加,且当内涵入口温度每升高100K时,总声压级增加幅度为2-4dB.【期刊名称】《科技视界》【年(卷),期】2017(000)006【总页数】3页(P22-24)【关键词】涡扇发动机;排气噪声;大涡模拟;总声压级【作者】田玉雯【作者单位】上海飞机设计研究院,中国上海201210【正文语种】中文从涡喷发动机的出现到今，航空燃气涡轮发动机技术水平得到了很大提高。

但是，发动机的高速喷气流产生的强烈的喷流噪声，带来了巨大的噪声污染，使得噪声问题日益严重。

另一方面，人类对环境保护问题的日益重视，使得喷气式飞机噪声问题变得越来越突出，国际航空界不得不重视和面对飞机噪声问题。

从此各大飞机制造公司和航空研究机构开始投入巨大的力量研究飞机的噪声问题，对飞机各种噪声源噪声辐射特征进行了大量的理论和实验研究，噪声水平已经成为发动机气动设计的一个重要指标[1]。

根据Lighthill声类比理论的分析，喷流噪声与喷流速度的6-8次方成正比[2]。

为了降低喷流噪声，可以通过增大涵道比和降低喷流速度的方式降低发动机的噪声，随着涡轮风扇发动机涵道比的不断提高，相应的排气速度减小，与风扇压气机噪声以及涡轮噪声相比，排气噪声逐渐减小[3]。

国内在喷流噪声方面研究较少。

本文采用混合方法来研究大涵道比涡扇发动机排气喷管的喷流噪声。

首先采用基于大涡模拟的CFD软件计算发动机喷流的非稳态流场，然后将流场信息作为声源信息导入到声学软件ACTRAN中进行声传播计算，分析并讨论了发动机内外涵入口压比参数和内涵温度变化对流场及声场声压级分布的影响。

消声器内部流场及温度场的数值分析

-$ $ --
内 !! 燃 !! 机 !! 学 !! 报 !!!!!!!!!!!!!!! 第 ! " 卷第 % 期
部分 ! 由图可见 " 所生成的网格较好地模拟了消声器实际几何结构 ! 为讨论方便 " 建立图!所示的直角坐标系 " 以下所述位置关系均以此坐标系为基础 !
所以将外腔壁面温度设为 % 其余壁面均设为 # # 0$ 绝热 ! /) T! 方程的离散和求解选择中心差分格式对连续性方程和动量方程离散求解 " 其余流动方程则采用上风差分格式求解! 方程的求解采用商用软件 Z 8 ; <完成 !
% /&
" 如图 . 所示 ! 由于采
用了内插管结构 ! 且进’ 出管轴线相互错开一定距离! 致使气流多次经过 " 从而增 # M的转折与回流 ! 加了声波反射和声能损耗 ! 有利于降低噪声 " 在消声器入口段 ! 穿孔管末端及第二腔末端均有涡流产生 ! 由于这种噪声的声功率和气流速度的因而气流速度较高时 ! 将会产生很强 G 次方成正比 ! 的再生噪声 " 由图 . 可见 ! 涡流处气流速度较低 ( 其值均在 ! ) ! 因此产生的再生噪声较小 " #L =以下 *
图 D! 消声器中心平面处速度矢量图 1 ( 3 D 2 c 5 > ) & ( ’ 5 & ’ ) "& 4 # " ’ ’ 4 " ) 9 4’ 4 5& 5 $ ’ " # >: > # $ 5 AB 2
应该注意的是 & 比较图 . 可以发现由 K与图 . Q" 于中间内插管的存在 " 导致两中心平面的速度分布规律大不相同 ! 图 . K所示的速度剖面图呈现两侧高% 中间低的马鞍型 " 而图. Q则呈现出中心速度最消大分布的凸型" 这种分布是合理的! 在 ? 方向" 万方数据

基于CFD的燃烧器内部流场数值模拟与分析

基于CFD的燃烧器内部流场数值模拟与分析林刚（广东万和电气有限公司佛山 528500）摘要：随着我国城市天然气的迅猛发展，各种民用燃具日益增多，而我们的产品也由最初的简单粗放型转向绿色节能型，各种性能指标越做越好，产品精益求精，而本文针对了其中的燃烧器做了一个其内部流场分析。

分析了不同风门板结构下的一次空气对燃烧器内部流场的影响，最终得到折弯角度为45 °角具有12片导流片的风门板结构最佳。

关键词：风门板，一次空气，数值仿真，混合均匀性Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｒａｐｉｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｎａｔｕｒａｌ　ｇａｓ　ｉｎ　Ｃｈｉｎａ＇ｓ　ｃｉｔｉｅｓ，　ｖａｒｉｏｕｓ　ｃｉｖｉｌ　ｂｕｒｎｉｎｇ　ａｐｐｌｉａｎｃｅｓ　ａｒｅ　ｉｎｃｒｅａｓ－ｉｎｇ，　ａｎｄ　ｏｕｒ　ｐｒｏｄｕｃｔｓ　ｈａｖｅ　ａｌｓｏ　ｓｈｉｆｔｅｄ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｉｎｉｔｉａｌ　ｓｉｍｐｌｅ　ａｎｄ　ｅｘｔｅｎｓｉｖｅ　ｔｙｐｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｇｒｅｅｎ　ｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇ　ｔｙｐｅ．　Ｔｈｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ　ａｒｅ　ｇｅｔｔｉｎｇ　ｂｅｔｔｅｒ　ａｎｄ　ｂｅｔｔｅｒ，　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｓ　ａｒｅ　ａｉｍｅｄ　ａｔ　ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ　ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｓ．　Ｔｈｅ　ｂｕｒｎｅｒ　ｄｉｄ　ａｎ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｉｔｓ　ｉｎｔｅｒｎａｌ　ｆｌｏｗ　ｆｉｅｌｄ．　Ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｐｒｉｍａｒｙ　ａｉｒ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｎａｌ　ｆｌｏｗ　ｆｉｅｌｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂｕｒｎｅｒ　ｕｎｄｅｒ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｄａｍｐｅｒ　ｐｌａｔｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　ｉｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ．　Ｆｉｎａｌｌｙ，　ｔｈｅ　ｄａｍｐｅｒ　ｐｌａｔｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｗｉｔｈ　１２　ｂａｆｆｌｅｓ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｂｅｎｄ－ｉｎｇ　ａｎｇｌｅ　ｏｆ　４５　°ｉｓ　ｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｄａｍｐｅｒ　ｐｌａｔｅ，　ｐｒｉｍａｒｙ　ａｉｒ，　ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，　ｍｉｘｉｎｇ　ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙＮｕｍｅｒｉｃａｌ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｂｕｒｎｅｒ　Ｉｎｔｅｒｎａｌ　Ｆｌｏｗ　Ｆｉｅｌｄ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＣＦＤ前言国内对于家用燃气灶进行了大量的研究，也取得了很多的成果。

在不同泄流面积的泄流状态下输气管道内检测器流场数值模拟及分析(1)

向投影面积 6%时，流场中压强最大值为 39.4Pa，分布在内检测器外表面管道入口一侧；由于气体在通过泄压阀出口时，有一部分气体出现了回流现象，使得流场中压强最小值出现在内检测器外表面管道出口一侧，距泄流阀 02~0.4 米处，为-26.9Pa。泄流阀开口面积为内检测器轴向投影面积 7%时，可以看出流场中压强最大值分布在内检测器外表面管道入口一侧贴近管壁处，为 20.4Pa；由于泄压阀开口面积的增大，气体在通过泄压阀出口时，回流现象充分，使得内检测器外表面管道出口一侧的压强为-26.9Pa。
（1）
方程（1）中，等号左边为非定常项和对流项，右边为扩散项和源项。方程中为通用变量； uj 为速度分量；为广义扩散系数。当分别为 1、 u 、、时，计算控制方程分别对应着连续方程、x 方向动量方程、湍动能方程、湍耗散率方程，对应的各项表达形式见表 1。表 1.控制方程统一表达形式对应参数表达式方程连续 1 方程 x 方向动量方程湍动能方程湍耗散率方程
图 7 泄流阀开口面积为 5%时内检测器所在管道流场的速度分布
图 8 泄流阀开口面积为 6%时内检测器所在管道流场的速度分布
图 9 泄流阀开口面积为 7%时内检测器所在管道流场的速度分布
从上面图表中可以看出，不同的泄流阀开口面积的工况下，管道流场的速度最大值都出现在泄流阀轴向投影区域内，分别达到了 21m/s、8.7 m/s、6.07
m/s。在内检测器两端受力面上，气体流速较慢。
5.结论利用 CFD 理论与技术，仿真了相同管道入口速度、泄流阀不同开口尺寸的工况下，管道内检测器静止在水平直管道内管道流场的状况。分析了上述工况下流场速度以及内检测器周围所受压力的情况。当出现管道内检测器需要安装暴露于管道流场中的易损检测元件时，可以考虑在气体压强及流速较小的区域，即在内检测器外表面管道出口一侧，距泄流阀 02~0.4 米处安装，使检测元件受损的可能性降低。

基于Q判据的不同排气管直径旋风分离器内部涡分析

基于Q判据的不同排气管直径旋风分离器内部涡分析高助威;王娟;王江云;毛羽;李军;魏耀东【摘要】为了研究排气管直径对旋风分离器内部流场的影响,采用雷诺应力模型对4种不同排气管直径的旋风分离器进行气相流场的数值模拟,同时引入Q判据识别内部空间涡的结构.结果表明,利用Q判据做出的涡等值面,可以较为直观地看出涡结构的变化趋势.在一定范围内,减小排气管的相对直径,可以使旋风分离器内部流动更加稳定;但当排气管直径过小时,内部湍动作用会加剧,能量损失加大.在壁面处,有封闭的涡线形成,能量损失加剧;改善壁面处的涡平衡,可以有效抑制封闭涡线的形成,从而减小能量损失,提高分离效率.此外,涡核摆动并不是随着排气管直径的增大就越剧烈,而是存在一个极值,在极值处涡核摆动整体最小;适当地调整排气管直径,有利于涡结构的平衡,提高流体的稳定性,从而提高分离效率.【期刊名称】《石油学报（石油加工）》【年(卷),期】2018(034)006【总页数】9页(P1172-1180)【关键词】旋风分离器;排气管直径;Q判据;涡等值面;涡线图【作者】高助威;王娟;王江云;毛羽;李军;魏耀东【作者单位】中国石油大学(北京)重质油国家重点实验室 ,北京 102249;过程流体过滤与分离技术北京市重点实验室 ,北京 102249;中国石油大学(北京)重质油国家重点实验室 ,北京 102249;过程流体过滤与分离技术北京市重点实验室 ,北京102249;中国石油大学(北京)重质油国家重点实验室 ,北京 102249;过程流体过滤与分离技术北京市重点实验室 ,北京 102249;中国石油大学(北京)重质油国家重点实验室 ,北京 102249;中国石油大学(北京)重质油国家重点实验室 ,北京 102249;过程流体过滤与分离技术北京市重点实验室 ,北京 102249;中国石油大学(北京)重质油国家重点实验室 ,北京 102249;过程流体过滤与分离技术北京市重点实验室 ,北京 102249【正文语种】中文【中图分类】TQ051.8旋风分离器是利用离心力作用进行气-固分离的设备。

FFU内部结构优化的数值模拟和试验

FFU内部结构优化的数值模拟和试验王军锋;胡维维;张铮;吴琦【摘要】采用数值模拟和试验相结合的方法对风机过滤单元(fan filter unit,FFU)的内部结构进行了优化.利用CFX软件获得内部流场分布,对比模拟结果与实测结果,发现误差在可接受范围内,证明了模拟结果的可靠性.基于节能和均匀送风的原则对FFU的内部流场进行了分析,提出了优化方案.对造成漩涡的流道突扩结构进行了修改,通过模拟发现漩涡明显消失,流动更加顺畅.重新设计了导流装置,解决了导流板出口的切线方向的速度远大于其他区域的问题,实现了均匀送风.改进了实际设备,并用FFU性能测试台进行了测试,结果表明:优化之后的FFU出风更均匀,静压更高,在高风速工况下空气动力效率也得到提升.【期刊名称】《江苏大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2014(035)004【总页数】6页(P391-396)【关键词】风机过滤单元;内部流场;数值模拟;结构优化;导流装置【作者】王军锋;胡维维;张铮;吴琦【作者单位】江苏大学能源与动力工程学院,江苏镇江212013;江苏大学能源与动力工程学院,江苏镇江212013;江苏大学能源与动力工程学院,江苏镇江212013;江苏大学能源与动力工程学院,江苏镇江212013【正文语种】中文【中图分类】TU834.8风机过滤单元是一种具有过滤功效、自带动力的模块化的末端送风装置.风机从FFU顶部将空气吸入并经过滤膜过滤，过滤后的洁净空气在整个出风面以(0.45±0.000 9)m·s-1的风速均匀送出，以满足洁净室对空气质量的要求.FFU方式比常规的空调机组集中送风方式节省运行成本30%以上［1-2］.在性能方面，其风量、余压、噪声、效率等参数之间相互关联、相互制约［3］，目前存在的问题是 FFU内部流道的不合理导致流动的紊乱，产生了大量的能量损耗及噪声，同时导流装置的不合理设计导致出口风速的不均匀，严重影响了室内的净化效率.而对FFU内部结构进行优化设计能有效提高整体性能和能量利用率［4］.笔者选取了一款国内应用比较广泛的FFU进行研究，旨在为FFU的节能设计及性能优化提供一定的参考.试验研究的方法能够真实地反映设备的运行状况和一些外特性，林忠平等［5］通过试验对FFU的结构组件对性能的影响作了探讨，Liu Junjie等［6］采取加均流板的形式来保持风机过滤器机组的面风速均匀性及减少面风速的湍流度.但单纯的试验方法不能直观显示内部流动，较难提出有针对性的优化方案.数值模拟能预测出内部流场［7-10］，国内外关于FFU数值模拟的文献主要集中在FFU对室内气流组织的影响上［11-13］，单纯对FFU内部进行模拟的研究很少.而且模拟结果与实际情况也会存在有一定误差，笔者采用数值模拟与试验研究相结合的方法，利用CFX软件模拟FFU内部流场，然后提出优化方案，并再次模拟以确认修改的有效性，最终将修改方案应用到实际产品中，并用检测平台来评价其性能.1 数值模拟1.1 物理模型准确的几何模型是数值模拟的基础，直接影响到数值计算结果的精确性和可靠性.由于后期需要对模拟结果进行试验验证，所以物理模型完全按照实物尺寸进行建立，如图1所示.图1 物理模型使用三维软件pro/e进行建模，模型分为5个部分:入口、叶轮、主体、过滤器和出口.入口和出口都进行了加长，以保证进、出口流体都能达到稳定状态，有利于计算的收敛.使用ICEM划分网格，其中入口、叶轮、过滤器和出口这4部分由于结构比较规则，划分为结构化网格，即每个单元都为六面体，这样网格数量就较少且有利于计算的收敛.对于主体部分，由于内部结构比较复杂，划分成结构化网格比较困难，故采用非结构化网格，每个网格单元都为四面体.各部分之间使用Interface(交界面)进行连接.1.2 数学模型FFU内部的流动是典型的湍流流动，选用的湍流模型是标准k-ε模型.k-ε模型需要求解湍动能及其耗散率方程.湍动能输运方程是通过精确的方程推导得到，但耗散率方程是通过物理推理，数学上模拟相似原形方程得到的.该模型假设流动为完全湍流，分子黏性的影响可以忽略.因此，标准k-ε模型只适合完全湍流的流动过程模拟，对于壁面区域采用壁面函数法.1.3 模型设置求解及边界条件工作流体设为25℃的空气，各物性参数为软件自带参数.入口采用速度入口边界条件，根据实测数据确定入口来流的平均速度为3.2 m·s-1，出口采用压力出口边界条件，平均静压为0 Pa.过滤膜阻力为120 Pa，采用多孔介质模型，阻力系数设为10 050 kg·m-4.壁面采用无滑移壁面边界条件，近壁区的处理采用壁面函数法.各区域之间采用交界面进行连接，具体连接模式为GGI模式.2 模拟结果可靠性验证计算结果的准确性是后续优化的基础，因此首先必须要验证计算结果.为了验证数值模拟的有效性，将计算结果与试验数据进行了对比.试验验证示意图如图2所示.图2 试验验证示意图在FFU的出口处设置了9个观测点，分别对比这9个点上的速度.x为水平方向长度，vn为速度，计算的结果可以用软件直接显示，采用热线风速仪进行测定得到试验结果，模拟结果和试验结果对比如图3所示，两者还是存在一定的误差，造成误差的原因主要包括数值仿真计算中的误差和测试中的误差.总体上两者数据吻合较好，误差在可接受的范围内，表明使用CFX来对FFU模型进行数值模拟得到的内部流场分布是可靠的.图3 模拟结果和试验结果对比图3 结构参数优化3.1 流道优化为提高FFU的技术性能，降低阻力和噪声，在模型上对FFU进行优化设计.首先分析涡漩产生的原因，然后对模型进行适当的修改，再通过计算结果来判断优化后的效果，重复这一过程，直到达到最佳的效果.v为流速，S形流道出口处涡漩如图4所示.图4 S形流道出口处涡漩图S形流道突扩处的涡漩产生的原因是突扩结构处的流体产生了回流，被称为突扩回流.相关学者对影响回流的一些参数进行了广泛而深入的研究，普遍认为控制回流的主要因素包括:流动状态(层流、湍流)、初始速度分布、自由来流的湍流速度和突扩比等.由于流道面积的突然扩张，在面积变化的截面后存在回流、分离、重附和剪切等流动现象，会引起压力降低和能量损失，初始流道结构如图5所示.图5 初始流道结构因此对这一部分的优化主要集中在突扩结构的消除上，优化后的流道结构如图6所示，去除了这一突扩结构，流道几何形状缓慢变化.图6 优化后的流道结构修改成渐扩结构后，流道的截面积会逐渐增大，又由于流量是不变的，流速将逐渐变小，根据伯努利方程:式中:z为高度;p为压力;ρ为流体密度;g为重力加速度;C为常数.流道水平放置，故z不变，在速度v减小的情况下，压力p逐渐增大，因此随着流道的扩张，压力逐渐增大，在该区域内存在较大的压力梯度，流体从高压端流向低压端，流道出口区域会发生回流.为解决这一问题，可以将流道截面积设计成相等，在流量一定的情况下，流道各处的流速相等，各处压力也趋于相等，不会出现大的压力梯度，就不会出现回流现象.等截面流道模型如图7所示.图7 等截面流道模型在流道逐渐扩张的过程中将高度逐渐减少，得到的精确方程为式中y为竖直方向长度.按图7修改好模型之后再次进行计算，待计算收敛之后对结果进行分析，回流现象消失，所有的流体都同向运动，且十分流畅，达到优化的效果.优化后流道的整体速度矢量图如图8所示，涡漩全部消失，流动变得十分顺畅，有效减少流道阻力.图8 优化后流道的整体速度矢量图3.2 导流装置优化FFU中导流板的作用是将S形流道流出的空气导入到下层空间，再经过过滤器进入室内，此过程中既要保证能量损失尽量小，又要保证送风的均匀性.因此导流板的弯曲角度和开孔数量及大小对送风状态有很大的影响.该型号的FFU的导流板弯曲角度为35°，笔者使用数值模拟的方法对比了弯曲角度分别为20°，35°，50°这3 种情况下的流动状态，得出了3种导流板形式下的流动状态的速度矢量图如图9所示.图9 导流板角度在20°，35°，50°时的速度矢量图单独观察图9a-c可以发现:在弯曲角度为20°时，左侧壁面附近区域有少量漩涡;弯曲角度为35°时左侧壁面附近出现漩涡;弯曲角度为50°时在导流板的正上方出现漩涡.整体观察图9可以发现这种导流方式存在的几个典型问题:①无论怎么改变导流板的角度，均会出现气流回旋现象，表现在FFU的整体性能上就是在出风口的部分位置会出现出风不均匀现象;②导流板的切线方向上的速度远大于其他位置的速度，表现在出口速度上就是图3所示的双驼峰现象，导致出风极不均匀，出风均匀性是评价FFU的性能的一个最直观的指标，直接影响到室内的净化效率.出风的均匀性主要影响室内气流组织形式，GB 50457—2008《医药工业洁净厂房设计规范》规定100级以上的洁净室的气流流型应采用单向流，出风均匀性好的FFU能形成良好的单向流，不会在室内产生漩涡，减少污染物的堆积，净化效果明显提升;③都在左下角的直角转弯区域形成了一块流动速度很小的区域，该区域极易形成漩涡，导致能量的损失以及噪音的形成.综上所述，该导流板的作用不够理想，不能满足实际的要求，需重新设计导流板，重新设计的导流装置如图10所示，新的导流装置由2部分组成:① 一个环形的等截面的流道，能够将空气顺畅地导入到上层空间;②带条缝的导流板，导流板上的条缝数量及宽度由导流板上方的区域占整个出口区域面积的比例决定，以确保出口风量的均匀.另外导流板末端水平，流出的空气不会直接撞在过滤膜上，因此不会出现图3所示的双驼峰现象，出口速度将会比较均匀.修改后的导流矢量图如图11所示，导流板的导流效果非常明显，出风十分均匀.图10 修改后的导流装置图11 修改后的导流矢量图4 试验验证为检验优化设计的合理性，将原FFU按上述的修改方案进行了修改，并用FFU性能测试台进行性能检测，FFU性能测试台如图12所示，可进行余压、定风量、定转速检测，依据GB/T 1236—2000《工业通风机用标准化风道进行性能试验》测试的性能参数包括风量、机外余压、转速、功率、空气动力效率、电压和电流等，同时得出完整的性能曲线.图12 FFU性能测试台为量化地评价出风的均匀性，将距离出口平面0.15 m处的平面上均匀布置27个测点，如图13所示，图中尺寸单位为mm.图13 出口测点分布图引入不均匀度作为评价指标.出风不均匀度为式中:vi为任一点实测风速;¯v为平均风速;N为测点数.用式(3)表征出口速度的不均匀性，其值越大表示出风越不均匀.GB 50591—2010《洁净室施工及验收规范》中规定洁净室中气流不均匀度不大于25.00%.按照式(3)计算得优化前出风的不均匀度为23.84%，优化后出风的不均匀性达到19.63%，说明新的导流装置能有效提高出风的均匀性.优化前后静压与面速度的关系如图14所示，在额定转速下变换风量得到不同静压值，优化后静压值有所提高，在面速度为0.45 m·s-1时静压提高了30 Pa左右，说明流道的改进提升了FFU的性能，可以应用在静压需求更高的场合，可以使用更高效的过滤膜.空气动力效率是指一定流量下推动空气流动的功率占总输入功率的百分比，表征了能量的有效利用程度.空气动力效率与面速度之间的关系如图15所示，由于高效过滤膜的阻碍作用，空气动力效率整体处于较低水平.空气动力效率的变化分为2个阶段:① 面速度较小时，优化前后的空气动力效率变化不大;②当面速度大于0.4 m·s-1时，优化后的效率明显高于优化前，这是由于流道阻力与速度的平方成正比，随着速度的增大，流道的阻力变得越来越显著，此时阻力较小的流道空气动力效率更高.图14 优化前后静压与面速度的关系图15 优化前后空气动力效率与面速度的关系5 结论1)运用数值模拟的方法可以有效地模拟FFU的内部流场，并可以观察到FFU内部涡漩产生的具体区域.2)通过对模拟结果的分析，修改了S形流道的突扩结构，并保证流道截面积相同，这样就可以消除突扩结构造成的涡漩，并且不产生回流现象.重新设计了导流装置，得到了更加均匀的出流.3)使用FFU性能测试台对优化前后FFU性能进行对比，可以发现优化后的FFU出风更均匀，具有更高的静压，在风速较高时空气动力效率也更高.参考文献(References)【相关文献】［1］徐玉党，沈晋明.室内污染控制与洁净技术［M］.重庆:重庆大学出版社，2006.［2］洪玉忠.探讨FFU净化单元在生物制药洁净室的应用［J］.医药工程设计，2008，29(6):44-47.Hong Yuzhong.Discussion ofapplication ofFFU cleaned unit in cleaning room used in biological pharmacy［J］.Pharmaceutical ＆ Engineering Design，2008，29(6):44-47.(in Chinese)［3］林忠平，肖小野，潘冬梅，等.风机过滤单元 (FFU)的性能试验研究［J］.建筑科学，2009，24(8):51-56.Lin Zhongping，Xiao Xiaoye，Pan Dongmei，et al.Experimental study on the performance of fan filter unit［J］.Building Science，2009，24(8):51-56.(in Chinese)［4］Xu Tengfang，Jeng boratory evaluation of fan-filter units'aerodynamic and energy performance［J］.Journal of the IEST，2004，47(1):116-120.［5］林忠平，肖小野.风机-过滤器单元结构组件对其性能影响的初步探讨［J］.暖通空调，2010，40(8):144-148.Lin Zhongping，Xiao Xiaoye.Preliminary study of fanfilter unit performance relating to the constituent components［J］.Heating Ventilating ＆ Air Conditioning，2010，40(8):144-148.(in Chinese)［6］Liu Junjie，Tu Guangbei，Ma Jiuxian.Study on various rectifiers for fan-filter units ［J］.Transactions of Tianjin University，2002，8(2):119-124.［7］杨敏官，冯浪，高波，等.偏心搅拌槽内高浓度浆液颗粒的悬浮特性［J］.江苏大学学报:自然科学版，2012，33(6):643-648.Yang Minguan，Feng Lang，Gao Bo，et al.Particle suspension performance of high concentration solution in eccentric stirred tank［J］.Journal of Jiangsu University:Natural Science Edition，2012，33(6):643-648.(in Chinese)［8］田飞，施卫东，张启华，等.2叶片潜水搅拌机叶轮内部流场特性［J］.江苏大学学报:自然科学版，2013，34(4):395-398.Tian Fei，Shi Weidong，Zhang Qihua，et al.Inner flow characteristics at impeller of submersible mixer with two blades［J］.Journal of Jiangsu University:Natural Science Edition，2013，34(4):395-398.(in Chinese)［9］Keylock C J，Constantinescu G，Hardy R J.The application of computational fluid dynamics to natural river channels:eddy resolving versus mean flow 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