导流板改善弯管流场的数值模拟与优化

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天然气放喷管线弯管流场的数值模拟

２０１３年第３期总第７９期
石油工业计算机应用
ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍ
Ｓｅｐ．２０１３Ｔｏｔａｌ７９５７
・
综合应用・
“ 石油行业地质成图系统的技术门槛很高： ” 周国强介绍，要想拥有数据成图的能力，丰富的数据库储备
必不可少，这需要企业得到大型油田客户的认可，并长期在推动油田行业标准建设的过程中扮演重要角色。在７月１２日举办的北京市战略性新兴产业孵育基地新产品发布会上，金双狐又推出了变速构造成图系统４．０版本。这是专门为地震解释人员开发的速度建场和构造成图的软件，主要解决复杂构造、复杂岩性以及不同资料条件下的二、三维速度建场及变速构造成图问题。
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石油工业计算机应用
２０１３年９月
段内壁面处速度小，外壁面处速度相对较大，并且存
（２）在同一放喷量下９Ｏ。弯管形成二次旋流现象远比１２０。弯管更明显。
在一个十分明显的过度区域。气体经过弯管由于离心力的作用在弯管内侧下弧段形成二次旋流，这会使得流场发生明显变化，气流流速瞬间变化，气体分
把外部地质勘探数据通过国外的软件转换成图像。“ 国外的软件不熟悉中国的地形特点，而数据成图思想也不一样。这造成了我们在生产中效率低下，常常被困在数据转换阶段无法自拔。石油勘探的数据成图非常重要，只有图表精确，才能保障采油阶段不是在做无用功。 ” 正是看到了国内石油勘探行业的这一块空白，周国强带领近１Ｏ名技术工人，开始了地质成图软件的创业之路。２０１０年，金双狐油气技术有限公司（以下简称 “ 金双狐 ” ）在北京成立，周国强任公司ＣＥＯ。“ 我们的软件服务不仅在中国石油、中国石化、中国海油等大石油公司得以应用，也已经销售到利比亚、苏丹、厄瓜多尔等海外国家。石油地质勘探部署图通常由三图一表，即柱状图、剖面图、平面图和数据表组成：而双狐地质成图系统充分本地化，自带石油行业标准符号库，以“ 数据成图” 为核心思想，能够快速准确地制作各种标准图件，反映研究地区域内的综合性信息，包括地层发育情况、研究区的储量情况、勘探情况等。不仅如此，双狐地质成图系统能直接将图件投影到Ｇｏｏｇｌｅ地球，坐标与实际吻合，为野外踏勘等提供支持。

90_方截面弯管内加装导流板的优化研究 - 副本

文章编号:100520930(2009)0420566207 中图分类号:T B126 文献标识码:Adoi:10.3969./j .issn .100520930.2009.04.009　收稿日期:2008210208;修订日期:2009206226基金项目:北京市教育委员会重点学科基金资助(XK100080432)作者简介:谢振华(1968—),男,博士,副教授.E 2mail:xiezhenh@s ohu .com90°方截面弯管内加装导流板的优化研究谢振华,　周艳荣(北京科技大学土木与环境工程学院,北京100083)摘要:许多工程中的弯管都存在严重的磨损和积灰问题,流场分布不均是主要原因之一.应用计算流体力学软件Phoenics 对90°方截面弯管内气固两相流进行了数值模拟.模拟采用k 2ε双方程模型和I PS A 两相流模型,以速度、压强等参数的流场分布图形方式输出模拟结果,分析了弯管内气固两相流流场的分布规律.弯管内不加导流板时,流场分布不均匀.在弯管中加装导流板具有均匀流场的作用,为管道磨损和积灰问题的解决提供了一条有效的途径.通过模拟分析得到了在弯管内加装导流板的最佳条件:导流板数量为3块,板的圆心角为70°,内侧板和中间板的起始位置为10°、外侧板的起始位置为0°,板间距内外两侧小、中间大.关键词:弯管;气固两相流;导流板;数值模拟许多工程中的弯曲管道都存在严重的积灰和磨损问题,如电厂、钢铁厂的烟气脱硫除尘系统,石油、化工厂的气化管道系统等[1].积灰不仅影响传热,还可能阻塞管道造成事故.粉尘对壁面的冲击磨损减少了设备的使用寿命[2].对管道内气固两相流的流动基本规律的研究,大多运用颗粒轨道模型,计算出在不同颗粒特性和流动参数下颗粒的运动轨迹,揭示出管道内气固两相流的分布规律,并提出解决方案[324].这种模拟方法比较复杂,其结果与实际存在一定差距.目前,解决管道积灰和磨损的主要方法包括:增大弯头曲率半径、在弯头或三通处适当增加壁厚、在弯头外侧镶有可以更换的衬里、控制管内风速等[5].这些方法均存在一定缺陷,如适应性差、成本较高、施工检修麻烦、处理能力降低等.因此寻求一种科学、实用的解决管道积灰和磨损的方法具有非常重要的现实意义.国外对圆形截面弯管内两相流场的特性及磨损也有一些数值模拟研究[627],但缺乏有针对性解决方法.本文在理论分析和实验测试的基础上,采用数值模拟的方法对方截面弯管内的气固两相流进行研究.分析在弯头部位加装导流板前后,弯管内流场的速度、压力、气相和颗粒相的分布规律,提出加装导流板的最佳方案.第17卷4期2009年8月应用基础与工程科学学报JOURNAL OF BASI C SC I E NCE AND ENGI N EER I N G Vol .17,No .4August 20091　理论分析湍流流动是自然界常见的流动现象,多数工程中的流体流动往往处于湍流状态.大量观测表明,电厂、钢铁厂等管道系统弯管内的流场是具有湍流涡的流动[829].从物理结构上看,可以把湍流看作是由各种不同尺度的涡叠加而成的流动.描述弯管内流体流动的基本规律,包括质量、动量和能量守恒规律的数学方程组[10].假定弯管内的两相流动为三维、粘性、定常、等温、不可压缩湍流流动,颗粒相是连续分布的[7].分子扩散和布朗运动与大雷诺数下湍流扩散的影响相比可以忽略.针对上面的假设建立标准k 2ε模型的控制方程组.控制方程组包括连续性方程、动量方程、能量方程、湍动能k 方程、湍动能耗散率ε方程.这些方程都可以表示成如下通用形式5(ρ<)5t +5ρu <5x +5ρv <5y +5ρw <5z =55x Γ5<5x +55y Γ5<5y +55z Γ5<5z+S (1)式中,ρ为密度;<分别为连续性方程中的1,动量方程中的速度,能量方程中的温度T ,k 方程中的k ,ε方程中的ε;Γ为扩散系数,S 为源项.使用散度符号,式(1)记为5(ρ<)5t +d iv ρ u <=d ivΓg rad <+S (2)A 1粉尘室　B 1混合室　C 1通风机E 1测量孔　F 1导流板轨道图1　实验装置Fig .1　Experi m ental equi pment2　实验测试试验的目的是为了验证所建立的力学和数学模型是否合理,并将实验测得的数据作为数值模拟的边界条件.实验模型装置如图1所示,方截面90°弯管的边长为125mm ,曲率半径为140mm ,管道中心线半径与管道宽度之比为R /D =1112.导流板放在弯头部位,厚度为3mm.气固两相流中的气相为常温空气,固相为平均几何粒径011mm 的球形颗粒,颗粒密度为1000kg/m 3,固相的体积分数为011,流动为湍流,雷诺数为1135×105,进口速度为17m /s .实验测点分布如图所示,采用皮托管和微压计测定管道流场的压强和速度,与数值模拟结果进行对比分析.3　数值模拟方法的确定数值模拟采用计算流体力学(CF D )软件Phoenics,它是目前世界上最流行的计算流体力学软件之一[11].765No .4谢振华等:90°方截面弯管内加装导流板的优化研究311　网格划分网格划分采用直角坐标系,为了增加弯管部分的计算精度,在该部位增设一个对象来加密网格.需要注意的是,网格的宽度一定要小于挡板和壁面的厚度,否则挡板和壁面将不能被识别.本论文的网格划分情况为:在直管道部分,x =55,y =90,z =90,每一个小控制体的体积为2123×1137×1137;在弯管道部分,x =82,y =124,z =124,每一个小控制体的体积为115×1×1.312　控制方程离散化与其它的离散方法一样,有限容积法的核心体现在区域离散方式上.区域离散化的实质就是用有限个离散点来代替原来的连续空间.把节点看成是控制体积的代表,在离散过程中,将一个控制体积上的物理量定义并存储在该节点上.根据三维湍流通用控制方程(2),针对三维问题对应的计算网格,在控制体积P 及时间段Δt (时间从t 到t +Δt )上积分控制方程,有∫t+Δt t ∫ΔV 5ρ<5t d V d t +∫t+Δt t ∫ΔV d iv ρ u <d V d t =∫t+Δt t ∫ΔV d iv Γg rad <d V d t +∫t+Δt t ∫ΔV S d V d t (3) 在得到各项的单独表达式之后,在对流项中需要引入特定的离散格式,如一阶迎风格式,并在对流项、扩散项和源项中引入全隐式的时间积分方案.这样,方程(3)变为a P <P =a W <W +a E <E +a S <S +a N <N +a B <B +a T <T +b (4)这就是在全隐式的时间积分方案下得到的三维瞬态对流———扩散问题的离散方程.式中系数a W 、a E 、a N 、a S 、a T 和a B 取决于在对流项中引入的特定离散格式.313　微分方程的数值求解本文采用I PS A 两相流模型进行数值模拟,它将气固两相均看作连续介质来单独处理,把两相接口看作一个移动的边界,同时考虑两相之间的相互作用.该模型形式统一,可全面考虑颗粒的湍流输运,其数值模拟结果易于和实测结果对照,在实际数值模型中应用广泛[11].I PS A 模型以各相物质守恒方程的加权求和得到的“联合方程”作为基础,“权重”是该相物质材料密度的倒数.同时,忽略气固两相的分压力差异,认为两相的分压力相同;在求解两相体积分数的过程中,气固两相的体积分数之和等于1.在求解离散化方程时,可以采用逐点迭代或逐线迭代法,一般还需要引入欠松弛,以使方程收敛.4　数值模拟结果分析411　模拟条件的确定通过对比实验测试与数值模拟的结果,可以判断理论分析部分所选用的力学模型和数学模型是否合理.数值模拟的边界条件为:流体进入弯管的速度为17m /s,雷诺数为1135×105;出口按充分发展的管流条件处理,即所有变量在出口截面处的轴向梯度为零;壁面采用无滑移边界条件,在壁面附近采用标准壁面函数法处理.流场分布用速度v ,压强p 两个参数来表征.图2为弯管内不加导流板时30°横截面865应用基础与工程科学学报 Vol .17图2　模拟与实验结果的对比图Fig .2　Contrast graph of si m ulati on and experi m ent result 上模拟值与实验值的对比图.由图可见,模拟值和实验值的吻合程度较好.对固相颗粒的运动情况,可以分析颗粒的入射角度和撞击位置.通过对比分析,数值计算结果和实验测量结果基本吻合.412　气固流动的分布规律分析弯管内不加导流板和添加导流板后的流场分布变化,在此基础上可以揭示气固流动的分布规律,得出导流板均匀流场的作用机理.当弯管内不加导流板时,流体在惯性和离心力的共同作用下,在管壁附近形成分离区,颗粒相和气体相发生分离,管道横截面上会产生二次流动.弯管内颗粒相向弯管外侧壁移动,越靠近外侧微颗粒浓度越大,而在内侧有时甚至出现无粒子区,气相则相反.二次流动的产生造成流体总压和能量的损失,固相的运动造成了弯管的磨损.由速度和压强分布可以清楚地显示出气固两相在弯头部位的分离和再次融合的全过程.图3和图4是以云图方式显示的速度和压强分布图,反映出弯头内外侧压强高于内侧压强,甚至在靠近内侧壁面处出现负压;而外侧速度则低于内侧.内外两侧的压强差为2500Pa,速度差约为20m /s,流场分布极其不均,这也是造成烟道积灰和磨损的重要原因之一.图3　不加导流板时压强分布图Fig .3　Pressure distributi on graph without guideplate 图4　不加导流板时速度分布图Fig .4　S peed distributi on graph without guide p late 在弯头部位加装导流板可以将弯头分隔成两个或多个小的流通管道,使每个管道之间的内侧弧与外侧弧之间的半径差值减小,也就减少了离心力的作用,同时对流动起到了导流作用,阻止了流场的横向流动,减少了二次流的产生.导流板改变了固相的沉降过程和运动轨迹,使每个流通管道的压强和速度分布趋向均匀,从而起到了均匀流场的作用.965No .4谢振华等:90°方截面弯管内加装导流板的优化研究图5　加装不同数目导流板时的速度对比曲线图Fig .5　Speed contrast graph with different nu mber guide p lates 根据模拟结果,可以绘制出加装不同数目的导流板时,弯管截面上的速度和压强分布曲线对比图.加装不同数目导流板时的速度对比曲线见图5.分析速度和压强分布曲线可知,添加导流板后,速度和压强分布曲线逐渐趋向平稳.这说明了在弯管内添加导流板可以起到均匀流场的作用.413　导流板数量的确定在弯管内加装导流板,可以均匀流场,减少管道的积灰和磨损.但是,导流板的数目并非越多越好,这是因为本来弯管的弯曲部位已属紊流,过多的挡板会加剧流场的紊动程度.此外,添加挡板会增加局部及沿程阻力损失,加大风机的负荷.由模拟结果可以看出,在弯头部位加装三块和四块导流板的时候,流场分布较均匀,最为适宜.综合分析多种影响因素,在弯管处加装三块导流板最适宜.414　导流板尺寸的确定导流板的尺寸对弯管内的流场也有影响.导流板的大小可用弧长所对的圆心角来表征,分50°、70°、90°三种情况进行了数值模拟.分析不同尺寸导流板时弯管内气体相的速度和压强分布云图,可以确定最优的导流板尺寸.从速度分布云图可以看出,当圆心角为90°时,气体的速度分布最为均匀,每个小管道内侧和外侧以及整个大管道的内侧和外侧的速度差值最小.但从压强分布图中看出,当圆心角为90°时,弯管中出现了大面积的负压区,这极易引发局部的涡流,不利于流场的稳定.因此,综合速度和压强的分布云图,以及考虑工程的经济性和可行性,圆心角为70°的导流板较合适.圆心角为70°时的数值模拟结果如图6和图7.图6　圆心角为70°时的速度分布图Fig .6　Speed distributi on graphwith 70°centralangle 图7　圆心角为70°时的压强分布图Fig .7　Pressure distributi on graph with 70°central angle075应用基础与工程科学学报 Vol .17415　导流板位置和间距的确定导流板的位置由两个因素决定,分别是弯管内导流板的曲率半径和导流板所在的半径与竖直方向的夹角.根据实际情况,导流板所在的半径与垂直方向的夹角在数值模拟时取0°、10°和20°.由于三块导流板中每块板的分布可能性均有3种,因此共有27种不同的分布情况.分析各种情况下的速度和压强分布可以看出,导流板的起始位置在0°和10°时的压强和速度分布规律基本相同,流场分布比较均匀,但起始位置在20°时的流场分布则差一些.因此,导流板的起始位置不宜过大.当内侧板和中间板的起始位置为10°、外侧板的起始位置为0°时的流场分布,相对其它组合情况而言要好一些.导流板间距的确定有很多种情形,同时考虑到板数、管道装置内外两侧的曲率半径以及不加导流板时流场的分布情况,在板间距的确定过程中应将中间板的位置设置在管道的中间部位,只改变内外两侧板的位置.导流板的间距用板的曲率半径来表征.通过对模拟结果的分析可以看出,当内侧板的曲率半径为105mm ,中间板的曲率半径为143mm ,外侧板的曲率半径为179mm 时,弯管内的流场分布最为均匀.因为在这种情况下,由弯管内侧壁到内侧板、内侧板与中间板、中间板与外侧板以及外侧板与弯管外侧壁之间的距离分别为30mm 、38mm 、36mm 和31mm ,结合不加导流板时流场速度弯管内侧高于外侧、压强外侧高于内侧的分布规律,将内外两侧板的位置靠近管道的内外两侧的壁面,避免因为流通截面的面积过小而造成的局部射流的影响.5　结论(1)管道积灰和磨损是由于弯曲管道内气固两相流的流场分布不均引起的,在外侧30°—60°区域内磨损最为严重;(2)弯管内不加导流板时,内侧速度高于外侧,而内侧压强则低于外侧,流场分布不均匀.在弯管内加装导流板,减少二次流的产生,可以有效地均匀流场;(3)在弯管内加装导流板的最佳条件是:导流板数量为3块,板的圆心角为70°,内侧板和中间板的起始位置为10°、外侧板的起始位置为0°,板间距内外两侧小、中间大.参考文献[1]　姚群,李育杰.除尘管道磨损与防磨措施[J 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Xinzhong,Teng Shengp ing,Zu Xingli.Pr oble m discussi on on sedi m entary dust of guide p late installed in curved duct f or trans portati on[J].North China Electric Power,2002,12(9):36238[6]　Fan Y R,Tanner R I,Phanthien N.Fully devel oped viscous and viscoelastic fl ows in curved p i pes[J].Journal of FluidMechanics,2001,440:3272342[7]　Benedett o Bozzini,Marco E R icotti,Marco Boniardi.Evaluati on of er osi on2corr osi on in multi phase fl ow via CF D andexperi m ental analysis[J].W ear,2003,255:2372245[8]　胡玄,王凤岐,郭伟,等.灯泡贯流式水轮发电机通风系统流场的数值模拟[J].工程设计学报,2007,14(2):1442147　Hu Xuan,W ang Fengqi,Guo W ei,et al.Numerical si m ulati on of fl ow field on ventilati on syste m of fl ow2bulb hydr ogenerat or[J].Journal of Engineering Design,2007,14(2):1442147[9]　刘晶.混合弯管湍流的数值模拟[J].鞍山科技大学学报,2006,29(4):3952398　L iu J ing.Numerical si m ulati on of turbulence in m ixed bending duct[J].Journal of An’Shan Science and Technol ogy University,2006,29(4):3952398[10]　张兆顺,崔桂香,许春晓.湍流理论与模拟[M].北京:清华大学出版社,2005:1202125　Zhaoshun,Cui Guixiang,Xu Chunxiao.Turbulence theory and si m ulati on[M].Beijing:Tsinghua University Press,2005:1202125[11]　王福军.计算流体力学分析—CF D软件原理及应用[M].北京:清华大学出版社,2004:112　W ang putati onal fluid dyna m ics analysis—theory and app licati on of CF D s oft w are[M].Beijing:Tsinghua University Press,2004:112Optim i zati on Research on Gui de Pl ate I nst alledi n Quadrate90°Curved DuctX I E Zhenhua,　Z HOU Yanr ong(Civil and Envir onment Engineering School,University of Science and Technol ogy Beijing100083,China)AbstractThe p r oble m of seri ous wear and sedi m entary dust occurs in curved duct of much engineering.Uneven distributi on of fl ow field is one of the main reas ons.By using Computati onal Fluid Dyna m ics(CF D)s oft w are Phoenics,the nu merical si m ulati on of gas2s olid t w o2phase fl ow in quadrate90°curved duct has been finished.The k2εequati on model and I PS A t w o2fluid model are adop ted in nu merical si m ulati on.The distributi on graphs of s peed, p ressure and others of the fl ow field are exported.The distributi on la w of gas2s olid t w o2phase fl o w in curved duct is analyzed.The fl ow field of quadrate curved duct without guide p late is uneven.The guide p lates installed in curved duct can make fl ow field unifor m and p r ovide an effective way f or s olving the p r oble m of wear and sedi m entary dust in curved duct.The best conditi ons for guide p lates installed in curved duct are achieved.Three guide p lates with70°central angle are needed.The inner and mediu m guide p lates start fr om10°.Outer guide p late starts fr om0°.The distance fr om inner and outer guide p lates t o wall is s maller than the distance fr om inner and outer guide p lates t o mediu m p late.Keywords:curved duct;gas2s olid t w o2phase fl ow;guide p late;numerical si m ulati on。

90°方弯管内气相流场的数值模拟与分析

１ｉ，ＬＳａｏＥ）方法对三维空间的弯管流动进行了数ｔｎ
方法对９。０方弯管内的气相流场进行数值模拟，重点考察不同空间倾角对弯管内二次流形态的影响规律，以期为工程设计提供参考。
大涡模型基本方程 ’ ６
大涡模拟方法是建立在湍流统计和旋涡的级联
间倾角。
关键词方弯管气相流场大涡模拟二次流倾角与分析。然而，上述的研究对象主要是围绕水平弯
引
言
管展开的，文献［］中虽然研究了不同来流方向４对弯管内流场的影响规律，但并未考虑到弯管自身
结构变化对流场的影响。
在石油、化工、机械、动力、水利等工程应用
中常常涉及到不同空间倾角的弯管流动问题，一般情况下，弯管内的流场由于受到弯管曲率的影响，较直管的流场复杂。早期的实验研究以Ｔｙｒａｌ ¨ 为ｏ代表，他采用ＬＶ技术对９。弯管内流体的层流Ｄ０方和湍流２种流态进行了系统测量，给出弯管不同横截面的时均速度和压力分布等实验数据，明确提出
Ｓｏｅ方程及连续方程，得到ｔｓｋ
基金项目：中石化集团公司资助项目 “ 紧凑式沉降器内新型快分系统的开发” （００３。３１０）
维普资讯
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石油
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２００７年
第３５卷
第８期
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２．数值方法

SCR脱硝反应器数值模拟及导流板结构优化

工业技术DOI：10.16660/ki.1674-098X.2019.30.086SCR脱硝反应器数值模拟及导流板结构优化①秦玉波(兖州煤业榆林能化有限公司陕西榆林 719000)摘要：选择性催化还原脱硝( SCR)反应器入口段导流板的形状和布置方式是保证脱硝效率的关键，使烟气流速均匀，尽可能地分配合理通过催化剂的烟气流量。

采用 FLU EN T 软件,采用数字模拟的方法对结构不同的导流板下面的反应器流场进行分析，并对采用的多种方案进行分析对比，最终计算出最优的导流板结构及反应器内流场、系统阻力分布，有助于设计更为合理的烟气脱硝系统。

关键词：CFD模拟导流板 SCR脱硝中图分类号：TK22 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2019)10(c)-0086-06①作者简介：秦玉波(1980，4—)，男，汉族，山东邹城人，本科，工程师，研究方向：机电。

SCR选择性催化还原脱销技术在大型的燃煤电厂生产中得到广泛的应用，主要是具有脱硝率高、技术比较成熟以及对环境没有二次污染等特点。

SCR脱硝装置中对脱硝效率具有决定性影响的因素，包括烟气流场、还原剂的混合效果以及分布的温度场等因素，这些因素还对脱硝装置的长期安全稳定运行产生影响。

所以对导流板进行合理的布置和设计，可以有效地对SCR反应器设备的入口流场的均匀性进行改善，并且从科学的手段提高了脱硝系统的运行效率。

本文的研究是基于兖州煤业榆林能化3×260t/h锅炉烟气脱硝装置CFD流场模拟分析和研究的基础之上，有效的改进了SCR反应器和前部烟道的导流板布置，采用流动力学计算软件的数学模拟的方式，对不同的方案进行计算分析，对流场均匀性的影响因素进行了比较，研究得出导流板的最佳布置方案。

1 模型建立1.1 工况条件及设计参数兖州煤业榆林能化有限公司甲醇厂热电车间配有3×260t/h高温、高压煤粉锅炉，NOX超低排放改造采用SCR工艺，反应器截面10×6m，设置方式为“2+1”，采用板式催化剂，脱硝剂采用尿素。

导流弯管数值模拟分析

在化工行业中经常会用弯管来改变流体的流动方向，从而完成流体的输送。当流体以一定的流速流经管道拐弯处，受到
管道弯曲的限制就会改变流动方向，在弯管的壁面附近形成分离区，在管道横截面上产生二次流动，这样的二次流不仅会造成流体能量的损失，而且形成的局部阻碍区域也使流动系统的阻力增大。流体流经弯管时，弯管的内侧速度大压力低，外
摘要：以商用软件ＦＬＵＥＮＴ为平台，对带双导流片及折流片的弯管内流体流动进行数值模拟计算，分析弯管内流体的速
度云图及出口截面直径方向上的速度变化，据此判断导流措施对弯管流体流动特性的改善效果，计算结果表明：双导流片能较好的调节弯管内的流速，使弯管内及其出口流体流速均处于一较均衡的状态。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｙｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｌｕｆｉｄｌｏｆｗｔｕｂｅｗｉｔｈｄｏｕｂｌｅｄｅｌｆｅｃｔｏｒａｎｄｂａｆｌｅｆｓｉｎｓｉｄｅ，ｔｈｅｉｍｐｒｏｖｉｎｇｅｆｆｅｃｔｏｎｔｈｅｆｌｏｗｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｌｕｆｉｄｄｉｖｅｒｓｉｏｎｍｅａｓｕｒｅｓｏｆｅｌｂｏｗｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄ，ｗｈｉｃｈｄｅｐｅｎｄｅｄｏｎｃｈａｎｇｉｎｇｓｐｅｅｄｖｅｌｏｃｉｔｙｃｏｎｔｏｕｒａｎｄｏｕｔｌｅｔｔｉｎｇｐｉｐｅｄｉａｍｅｔｅｒｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｌｆｕｉｄａｎａｌｙｓｉｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｌｂｏｗ；ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ；ｖｅｌｏｃｉｔｙ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ

弯曲管道内湍流流动的数值模拟

弯曲管道内湍流流动的数值模拟*摘要：*本文旨在通过数值模拟来研究弯曲管道内湍流流动的性质。

对流动特性进行预测可以为工程设计提供理论基础，其中包括流体运动的影响因素、涡旋比例及流量的变化情况等。

本文采用Direct Numerical Simulation 方法，应用 k-和 k-ω 湍流模型来探究弯曲管道内湍流的性质。

结果表明，随着弯道半径的减小，流体的瞬时速度、压力和温度都会受到一定程度的影响，而涡旋比例和流量也发生变化；此外，发现湍流模型的选择会影响研究结果的准确性，k-ω 模型相比 k-ε模型更准确。

*关键词：*弯曲管道，湍流模拟，Direct Numerical Simulation，k-ε 模型，k-ω 模型数值模拟对于研究弯曲管道内湍流的性质具有重要的意义。

本文应用了Direct Numerical Simulation（DNS）方法，使用k-ε和k-ω湍流模型来研究弯曲管道内湍流流动的性质。

首先，将弯曲管道分割为若干网格，求解Navier-Stokes方程，以解释流体运动的影响因素。

然后，通过比较k-ε和k-ω模型的模拟结果，结合实验数据和理论计算，发现随着弯道半径的减小，流体的瞬时速度、压力和温度都会受到一定程度的影响，而涡旋比例和流量也发生变化。

最后，比较发现k-ω模型的模拟结果更加准确。

应用DNS方法对弯曲管道内湍流流动的性质进行数值模拟，能够更好地解释流动特性，提供设计工程所需的理论基础。

此外，本文使用了k-ε和k-ω湍流模型，比较发现k-ω模型的模拟结果更加准确，被证明可以更好地描述气体流动现象。

未来，可以继续研究其他影响因素（例如管道内壁的材料类型），以及不同湍流模型在不同参数场景下的性能变化，来更好地理解弯曲管道内湍流的性质。

此外，本文的研究也为今后相关研究开辟了新的思路。

例如，可以结合模拟结果和实验数据，运用统计学方法，利用概率和数理统计等技术来优化设计。

此外，在继续探究时，可以考虑更大尺度和更复杂流场，并使用更先进的数值模拟技术，比如Large eddy simulation 和Reynolds-averaged Navier-Stokes方程，以更加准确地预测实际情形。

循环水槽弯管导流形式三维数值模拟研究

面积为１９ｍ×１７Ｉ。．．１ｉ
１
第５期
船
海
工
程
、，— —
第３卷９
１２边界条件及网格划分．
速度分量的时均值；
对整个计算区域采用相同的边界层划分方
式，边界层区域内网格进行加密处理。此外，对由
ｃ圆形弯管均布导流片）ｄ方形弯管均布导流片）
基于有限体积法对水槽弯管处流体流动进行三
维数值模拟。
１物理模型
１１弯管导流流导几何参数及结构形式．
ｅ方形弯管，导流片）外密内疏布置
展，水槽流场性能模拟提供了强大的工具＿。给２］Ｈｕｎｅ利用有限差分方法对弯管流动进ａｇＹｕ等行了二维数值模拟，现实中水槽弯管流动为而三维情况。本文利用ＦＵＥＴ计算流体软件，ＬＮ
第３卷第５９期２１００年１Ｏ月
船海工程
ＳＰ＆ＯＣＥＨＩＡＮＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
Ｖｏ｜９Ｎｏ５ｌ３．
Ｏｃ．２０ｔ０１
循环水槽弯管导流形式三维数值模拟研究
于昌利张喜秋聂。，武初冠南，
流片。弯管形式及导流片布置方式对水槽工作
段流场品质具有至关重要的作用。过去，环循

加装导流板的真空管热水器流动与换热的数值模拟

加装导流板的真空管热水器流动与换热的数值模拟导流板是一种常见的导流装置，其作用是在流动过程中，导正流线，降低流阻，增加换热效果。

加装导流板可以大大增强热水器的换热能力，提高热水器的热效率，在实际应用中具有广泛的应用。

本文将介绍基于数值模拟的方法，分析加装导流板对真空管热水器流动与换热的影响和优化设计。

一、数值模拟的基本原理1、数值模拟的基本方法数值模拟是将实际问题抽象成数学模型，在计算机上进行模拟计算，以预测实际问题的行为。

数值模拟的基本要素包括物理理论、数学模型、数值算法、计算机程序和计算结果。

其中数学模型是数值模拟的核心，而数值算法则是实现计算过程的基础。

2、数值模拟的数学模型数值模拟的数学模型是指将实际问题抽象成一组数学方程，用于描述物理系统的行为和规律。

在数值模拟中，通常通过偏微分方程(包括连续性方程和动量方程)和能量方程来描述物理系统的流动和换热行为。

其中，连续性方程描述流体的质量守恒，动量方程描述流体的动量守恒，而能量方程则描述流体的能量守恒。

3、数值模拟的数值算法数值模拟的数值算法是实现数学模型计算的基础，常见的数值算法包括有限差分法、有限元法、谱方法等。

在实际应用中，由于模型的复杂性，通常需要采用数值算法对模型进行简化或近似，以便实现计算。

二、真空管热水器的流动和换热分析1、真空管热水器的结构和工作原理真空管热水器由储水箱、真空管和支架等组成，主要由吸热板、吸热板隔板、集热管、集热弯管、集热瓶、水管和支架等部分组成。

真空管热水器工作原理如下：当太阳照射到吸热板上时，吸热板吸热并向水箱输送热量，此时水箱内的水被加热。

加热后的水分别从水箱的进出水管流出，在水管中形成对流流动，将热量传给热水器中的水，以提供热水使用。

2、导流板加装对流动和换热的影响加装导流板可以降低流体内部的涡流强度和湍流强度，使得流体流动更加趋近于一种准定常的流动，从而降低流阻，增加能够就近接触到集热管的水流量，提高热传递效率。

矩形截面直角弯管内置导流板的优化研究

矩形截面直角弯管内置导流板的优化研究王周君;黎星华;唐立军;段泉圣【摘要】为了改善矩形截面直角弯管内流场均匀性,利用FLUENT软件对弯管内流体流动情况进行数值模拟计算,分析了不同数量和不同结构导流板的布置对弯管内流场均匀性、局部阻力和能量损失的影响.结果表明:弯管内未加装导流板时,流速分布不均匀、出现涡流和二次流,而布置导流板后可以有效提高流场均匀性;布置合理数量的导流板不仅能有效改善流场均匀性、完全消除因直角弯头引起的涡流和二次流,而且能大幅度减小流动阻力和能量损失.通过对3种不同设计方案的导流板进行数值模拟分析,获得最优的导流板数量和结构.【期刊名称】《华电技术》【年(卷),期】2019(041)008【总页数】6页(P32-37)【关键词】直角弯管;流场均匀性;导流板;数值模拟【作者】王周君;黎星华;唐立军;段泉圣【作者单位】云南电网有限责任公司电力科学研究院,昆明 650217;华北电力大学控制与计算机工程学院,北京 102206;华北电力大学控制与计算机工程学院,北京102206;云南电网有限责任公司电力科学研究院,昆明 650217;华北电力大学控制与计算机工程学院,北京 102206【正文语种】中文【中图分类】TM6210 引言管道系统广泛应用于工业各个领域，如锅炉送风系统、选择性催化还原技术(SCR)脱硝系统、烟道系统、建筑热能通风系统、输油管线等[1-2]。

弯管是管道系统重要组成构件，具有改变传输介质流向的功能。

在实际的管道安装工程中，管道系统的设计经常受场地空间的限制，管道走向常出现弯折和收扩，从而导致管道内流场紊乱，流速分布极不均匀，常伴有涡流和二次流，使得测量元件无法准确测量[3-6]。

随着节能减排要求的提高，对烟气脱硫脱硝效率和烟风煤粉系统节能的要求越来越高，火电厂烟道、煤粉管道、风道和其他相关管道存在大量的弯管，而这些弯管不仅改变流速方向，使得测量结果不准及动态特性差，同时影响系统安全经济运行。

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 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导流板改善反应器流场的数值模拟研究

导流板改善反应器流场的数值模拟研究吴义连 1 安恩科 1 * 周洪权 2 孙向军 2 宋尧 2 季华文 21同济大学机械与能源工程学院 2上海环境卫生工程设计院有限公司摘要：本文使用Fluent 软件，采用Realizable k-着湍流模型及离散相模型，对一种碳酸氢钠干式反应器结构的流场进行了数值模拟，同时研究了导流板数量对该模型流场的影响。

结果表明：导流板能改善反应器中颗粒分布的均匀性，平均颗粒浓度不均匀系数随着导流板数量的增加不断减小。

导流板能减小弯管部分最大速度，减轻对该区域管壁的磨损。

合适的导流板数量不会明显增大模型的压力损失。

研究结果为该模型导流板数量的选取提供了依据。

关键词：数值模拟导流板颗粒浓度不均匀系数最大速度压力损失Numerical Simulation Research on Deflectorsto Improve the Flow Field of ReactorsWU Yilian 1 ,AN Enke 1 *,ZHOU Hongquan 2 ,SUN Xiangjun 2 ,SONG Yao 2 ,JI Huawen21School of Mechanical and Energy Engineering,Tongji University 2Shanghai Environmental Sanitation Engineering Design Institute Co.,Ltd.Abstract: In this paper,the flow field of a sodium bicarbonate dry reactor is simulated by using Fluent software, Realizable kε turbulence model and discrete phase model.Besides,the influence of the number of deflectors on the flow field is studied.The results show that the deflector can improve particle distribution uniformity in the reactor,and the average nonuniform coefficient of particle concentration decreases with the increase of the number of guide plates. Deflector can reduce the maximum velocity of the bending part,thus reduce abrasion of pipe wall in this area. Appropriate number of deflectors will not obviously increase pressure loss of the model.The results provide the basis for selecting the number of deflectors.Keywords: numerical simulation,deflector,nonuniform coefficient of particle concentration,maximum velocity, pressure loss收稿日期： 2017426通讯作者：安恩科（1962~），男，教授；上海市嘉定区曹安公路4800号开物馆A447 （201804）； Email:axa@0 引言近年来兴起的固体废弃物焚烧发电技术，具有无害化、减量化、资源化等优势，先后在许多国家推广使用，成为了近年来城市生活垃圾处理的研究热点和趋势[1]。

基于FLUENT的弯管内部流场的数值模拟

关键词：弯管；ＦＩＵＥＮＴ；数值模拟
中图分类号：ＴＥ８３２文献标志码：Ａｄｏｉ：１０．３６９６／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２ — ６９５２．２０１３．０１．０１３
Ｎｕｍｅｒｉｃａ１ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＩｎｔｅｒｎａ１ＦｌｏｗＦｉｅｌｄｉｎＢｅｎｄＤｕｃｔＢａｓｅｄｏｎＦＩＵＥＮＴ
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｂｅｎｄｄｕｃｔ；ＦＩＵＥＮＴ；Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
＊Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ．Ｔｅ１．： — 卜８６ — １３９４１３６００４６；ｅ — ｍａｉｌ：ＺＧＦ — ＦＳ＠１６３．ｅｏｍ
第３３卷第１期
２石
油
化
工
大
学
学
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Ｖｏ１．３３
ＮＯ．１
ＪＯＵＲＮＡＩＯＦｌＩＡ（）ＮＩＮ（ＳＨ１ＨＵＡＵＮｌＶＥＲＳＩＴＹ
Ｍａｒ．２０ｌ３
文章编号：１６７２ — ６９５２（２０１３）０１－００４８ — ０５
期的研究中，主要是采用实验测量的方法从宏观上
对其进行了研究，但是由于弯管内部流场的复杂性，仅用传统的实验方法很难得到其内部的各种细节。

压缩机出口处导流板的模拟与改进

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１Ａ
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内部流场的分布情况进行了测定，对其布置形式进并行了优化等。笔者研究了家用小型除尘器的压缩机出口处的导流板。针对压缩出口处导流板的流场中存在漩涡与损失大的问题，出几种改进导流板的方法，提以此削弱漩涡的影响，降低耗损、高均匀性。借助ＣＤ提Ｆ软件对导流板改进前后的流场进行数值模拟与分析，为压缩机出口处导流板的优化改进提供了参考依据。
ｇｉｅｐａｅｈｗｔａｅｕｉｇｔｅｄｇｅｕａｕｅｏｉｅｐａｅａｄａｄｎａｅｇｄｌｔｌｃｎｗ￣ｅｌｈｏ－ｕｄｌｔｓｓｏｔｄｃｎｅｒｅｏｃｒｔｒｇｄｌｎｄｉｇｈｌｏｔｕｅｐａｅａｌａｅｋｒｔｅｖｒｈｒｈｆｖｆｕｔｆｆｈｉｔｘｓｇｉｅｎｙ，ｔｅｅｅｔｉｇｏ，ｂｔｔｅｅｅｔｏｈｅｔｉｂｄｅｉｎｆａｄｉｈｆｃｓｏｄｕｈｆｃｔｅｒｓｓａ．ｆＫｅｒｓｏｒｓｏ；ｔｅｇｉｅｐａｅ；ｎｍｅｉａｉｌｔｎｙｗｏｄ：ｃｍｐｅｓｒｈｕｄｌｔｕｒｃｌｓｍｕａｉｏ
・
机械研究与应用・０年期（第１期）２１第３总１２９
设计与制造
压缩机出口处导流板的模拟与改进

活动式导流板导流效果的数值模拟分析

摘
要：为了对活动式导流板的导流效果进行深入研究，在现有研究的基础上，建立了二维流函数一涡量数值模型，究研
了不同长度垂直布置的单个导流板的流速场和涡量场。结果表明－－导流板上游面流速逐渐增大，头处最大，板流向也逐渐改变；导流板后出现回流，旋涡区范围随导流板占河段宽度比例的加大而加大，涡量在导流板板头处较大。
关键词：数值模拟；导流效果；活动式导流板
中图分类号：Ｐ３３３
文献标识码：Ａ
文章编号：００１７（０８１— ０１０１０ — ３９２０）００４－２
活动式导流板是活动式导流装置的一种结构形式，计算其
流场变化、导流效果对研究其使用效果具有重要意义。以往在
定性。
对较佳的导流板布置方式，为优化导流装置设计方案提供技术
参数和指导。
１２控制方程的求解．
１数学模型
１１控制方程．
基本控制方程为
７ｕ：０
ｕＯ＋
流函数、涡量方程的离散格式有五点格式和九点格式两
种。本研究中流函数采用中心差分九点格式，涡量采用中心差分五点迎风显格式。
±
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二些！
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一
Ｉ
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一１ＭＩＩ
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＋｝１Ｔ／ｆ一ＩＩ —＿一、２＝ — 一６，
分离，分离点以下形成旋转角速度较大的旋涡。头处涡度最板

锅炉尾部烟道烟气三维流场的数值模拟及均流装置研究

ＣｏＮＴＥＮＴＳＣｈｉｎｅｓｅａｂｓｔｒａｃｔ……………………………………………………………………………………………．．ＩＥｎｇｌｉｓｈａｂｓｔｒａｃｔ……………………………………………………………………………………………ＩｌｌＮｏｍｅｎｃｌａｔｕｒｅ………………………………………………………………………………………………．．Ｖ１Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ…………………………………………………………………………………………………１１．１Ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ…………………………………………………………………………………………．１１．２Ｒｅｓｅａｒｃｈｓｉｔｕａｔｉｏｎ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．…．．．…．．．．…．…．…．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．…．．．．．．．．．…．．．．．】【１．２．１Ｆｌｏｗｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｉｎｃｕｒｖｅｄｐｉｐｅｌｉｎｅ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．…．．．．．．１１．２．２Ａｂｒａｓｉｏｎａｎｄｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｆｌｕｅａｎｄｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｒ．．…．……．…．………．．．．４１．２．３Ｍｅｔｈｏｄｓｏｆｆｌｕｉｄｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ……．………………．…．…．………………．．…………．．６１．３Ｔｅｘｔｕａｌｔａｓｋ…………………………………．．…………………………．………ｉ…．．．…………．．．８２Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎｔｈｅｏｒｉｅｓｏｆｇａｓ—ｓｏｌｉｄｔｗｏｐｈａｓｅｆｌｏｗｉｎｃｕｒｖｅｄｆｌｕｅ……９２．１Ｔｕｌ？ｂｕｌｅｎｃｅｍｏｄｅｌｓｆｏｒｆｌｕｉｄｆｌｏｗｉｎｆｌｕｅ…………．．…．……．…．…．…………．………．．．９２．１．１Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ．…．．……．…．……………．……．．．．．９２．１．２Ｅｄｄｙｖｉｓｃｏｓｉｔｙｍｏｄｅｌｓａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ……．…………．…．……．…．．…．……．．．１０２．１．３Ｗａｌｌ．ｆｕｎｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｎｅａｒｗａｌｌａｒｅａ……………………………………………．１４２．２Ｆｌｕｅｇａｓ·ａｓｈｔｗｏｐｈａｓｅｍｏｄｅｌｓ…………．……………．．………．…．…………．．…………．１４２．２．１Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｓａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｇａｓ—ｓｏｌｉｄｔｗｏｐｈａｓｅｆｌｏｗ．………．１５２．２．２Ｇａｓ－ｓｏｌｉｄｔｗｏｐｈａｓｅｍｏｄｅｌｓａｎｄａｐｐｏｌｉｃａｔｉｏｎ……．．．…．………．．…．………．１５２．３Ｐｏｒｏｕｓｍｅｄｉｕｍｍｏｄｅｌ…………．…………．……………．……．…．．．．………………．……．．．１６２．４Ｓｕｍｍａｒｙ……………．……………．……．．……．……………．．…．．．．…．…．．…．……．…………．．１７３Ｆｌｏｗｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｉｎｅｑｕａｌｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎｃｕｒｖｅｄｔａｉｌｆｌｕｅ．．…．．………．．…．………．１９：；．１Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｌｄｅｌｆｏｒｃｕｒｖｅｄｔａｉｌｆｌｕｅ…．……………．……．．．．…．．…．…．……．…．………１９３．１．１Ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔｏｆｃｏｎｔｒｏｌｅｑｕａｔｉｏｎ………………………………………………．．１９３．１．２Ｄｉｓｃｒｅｔｉｚａｔｉｏｎａｎｄｓｏｌｕｔｉｏｎｏｆｃｏｎｔｒｏｌｅｑｕａｔｉｏｎｓ……………………………．２１３．１．３Ｖａｌｉｄａｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎｍｏｄｅｌ……………………………２１３．２Ｆｌｏｗｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｉｎｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ．ｔｏ．ｖｅｒｔｉｃａｌｃｕｒｖｅｄｔａｉｌｆｌｕｅ……………………２２３．２．１Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｇｒｉｄｓａｎｄｂｏｕｎｄａｒｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ………………………………．２３３．２．２Ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｇａｓ—ａｓｈｔｗｏｐｈａｓｅｆｌｏｗｆｌｉｅｄｉｎｔａｉｌｆｌｕｅ………………………．２４３．２．３Ｅｆｆｅｃｔｏｆｉｎｌｅｔｖｅｌｏｃｉｔｙｏｎｆｌｏｗｆｉｌｅｄｉｎｔａｉｌｆｌｕｅ……………………………．．３１３．２．４Ｅｆｆｅｃｔｏｆｐａｒｔｉｃｌｅｍａｓｓｌｏａｄｉｎｇｏｎｆｌｏｗｆｉｌｅｄｉｎｔａｉｌｆｌｕｅ…………………．３４３．２．５Ｅｆ瓷ｃｔｏｆｃｕｒｖａｔｕｒｅｒａｔｉｏｏｎｆｌｏｗｆｉｌｅｄｉｎｔａｉｌｆｌｕｅ……………………………３６３．２．６Ｅｆｒｅｃｔｏｆｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎａｓｐｅｃｔｒａｔｉｏｏｎｆｌｏｗｆｉｌｅｄｉｎｔａｉｌｆｌｕｅ……………．３８ｉｉｊ山东大学硕十学位论文摘要电厂锅炉尾部烟道由于转弯以及变截面致使烟道内含灰烟气流的速度场和飞灰颗粒浓度场分布不均，进而造成烟道和换热器的积灰和磨损以及换热器的换热不均等问题，对电厂的安全经济运行造成威胁。

压缩机出口处导流板的模拟与改进

压缩机出口处导流板的模拟与改进朱红磊;王宏光【摘要】针对压缩机出口处导流板内流场的不均匀性,提出了几种导流板改进的方法来削弱漩涡的影响,提高均匀性.改进的方法为:添加短导流板、改变导流板的几何安装角、切割导流板以及降低导流板的弯曲度.借助Fluent软件对导流板改进前后的流动进行数值模拟,结果表明:降低导流板弯曲度或添加一半的导流板,均对漩涡削弱明显,效果好,其余方法的效果较差.【期刊名称】《机械研究与应用》【年(卷),期】2012(000)003【总页数】3页(P131-133)【关键词】压缩机;导流板;数值模拟【作者】朱红磊;王宏光【作者单位】上海理工大学动力工程学院,上海200093;上海理工大学动力工程学院,上海200093【正文语种】中文【中图分类】TH121 引言导流板的应用广泛，如多级压缩机出口的导流板、除尘器的导流板等。

这些导流板存在损失大、效率低等问题。

针对这些问题的研究有很多，如:王企鲲、陈康民等［1］对弯道与回流器等多级压缩机级间的静止部件内的气动特点进行CFD数值研究;闻苏平、胡小文等［2］在不同弯道半径γ与流道宽度b的比值γ/b条件下，数值研究对离心压缩机基本级气动性能的影响;王冠［3］对某型脉冲喷吹袋式除尘器在安装格栅导流板、阶梯导流板或斜向导流板的情况下的内部流场的分布情况进行了测定，并对其布置形式进行了优化等。

笔者研究了家用小型除尘器的压缩机出口处的导流板。

针对压缩出口处导流板的流场中存在漩涡与损失大的问题，提出几种改进导流板的方法，以此削弱漩涡的影响，降低耗损、提高均匀性。

借助CFD软件对导流板改进前后的流场进行数值模拟与分析，为压缩机出口处导流板的优化改进提供了参考依据。

2 结构与工作原理下面给出压缩机出口处导流板改进前的几何模型(这里的导流板相当于压缩机出口处的弯道)［4］。

图1 原导流装置的视图图1为改进前的小型家用除尘器压缩机出口的导流装置。

流体从叶轮流出，进入A面导流板，经壳体与导流板的间隙转向，再流入B面导流板，从B面导流板流出的流体对电机转轴进行冷却后排出。

基于Fluent的混合弯管流场的数值模拟

基于Fluent的混合弯管流场的数值模拟
周毅;闫光辉
【期刊名称】《机械设计与制造》
【年(卷),期】2011(000)009
【摘要】弯管在工业生产的各个领域正得到越来越广泛的运用.以工业生产最常见的一种弯管体为研究对象,利用计算流体力学技术,首先对弯管体进行物理建模,设定各项基本参数,通过FLUENT软件对弯管内温度、压力、速度等参数做了全面详细的二维数值模拟,最后将计算结果进行图形化显示,得到了各项设计指标的极值及其所在部位等重要的设计及优化依据,形象具体的研究分析了弯管内流体状态.
【总页数】3页(P211-213)
【作者】周毅;闫光辉
【作者单位】天津职业技术师范大学汽车与交通学院,天津300222;天津职业技术师范大学汽车与交通学院,天津300222
【正文语种】中文
【中图分类】TH16;O353
【相关文献】
1.基于FLUENT的混合器内部流场数值模拟 [J], 文媛媛
2.基于FLUENT的弯管内部流场的数值模拟 [J], 邱立杰;张国福;郝明
3.基于FLUENT的后混合磨料水射流喷嘴内流场的数值模拟 [J], 陈林;雷玉勇;郭宗环;王永韦
4.基于Fluent的前混合磨料水射流高压管道流场的数值模拟 [J], 刘力红;曹寒冰
5.基于Fluent的气力输送弯管流场仿真模拟 [J], 胡盛翔
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高温气冷堆90°弯头气体流动特性分析与优化

高温气冷堆90°弯头气体流动特性分析与优化发布时间：2021-10-13T05:51:01.240Z 来源：《科学与技术》2021年16期作者：李林[导读] 为指导系统设计和优化，针对高温气冷堆主要工艺系统及设备中的90°弯头进行数值模拟，对气体流速、弯径比等影响因素进行流动特性的分析与对比，并采用导流板装置进行优化李林中核能源科技有限公司北京市 100193摘要：为指导系统设计和优化，针对高温气冷堆主要工艺系统及设备中的90°弯头进行数值模拟，对气体流速、弯径比等影响因素进行流动特性的分析与对比，并采用导流板装置进行优化，分析流场优化的效果及其阻力特性变化，结果表明，90°弯头结构中速度分布不均匀，随着入口速度的增大，不均匀性增大，改变弯径比对速度分布的改善并不明显；导流板对流场有较好的优化效果，短弧形、圆弧形导流板均能较好的改善流场；导流板的引入将造成压损增加，弯径比β=1.5时压力损失最小；对于90°弯头的典型尺寸D=96mm和D=48mm，导流板可以作为相关系统优化设计的补充，对于D=400mm，流动特性的优化应主要集中于管线设置、走向、弯径比等方面，导流板的引入会产生额外的压力损失。

关键词：高温气冷堆；90°弯头；数值模拟；流动特性；阻力特性1.引言随着公众对核电安全性重视程度的不断提高，高温气冷堆以其良好的固有安全性和较高的发电效率等优点，成为我国核电发展领域的一种重要堆型。

从10MW高温气冷试验堆（以下简称HTR-10）的建设投运到山东石岛湾高温气冷堆核电站示范工程（以下简称HTR-PM）的即将建成发电，再到商业化六十万千瓦高温气冷堆核电站（以下简称HTR-PM600）的稳步推进，都标志着我国已经向第四代核能系统的开发、应用与优化迈出了坚实的一步。

高温气冷堆选用在高温高压条件下仍具有良好化学惰性和热物性的氦气作为一回路冷却剂，在主氦风机的驱动下，一回路的氦气循环将堆芯裂变反应产生的能量传递给蒸汽发生器，实现能量的转化和转移，在HTR-10、HTR-PM和HTR-PM600中反应堆压力容器与蒸汽发生器均采用“肩并肩”布置，主要设备和工艺系统中普遍存在90°弯头结构，如蒸汽发生器、氦净化氦辅助系统、主蒸汽系统等[1-3]。