流体动力学(cfd)在往复式压缩机管道系统气流脉动计算中的应用

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计算流体动力学(CFD)在流体力学教学中的应用

146教育现代化传媒品牌投稿邮箱：jyxdhbjb@课程与教学工程流体力学是研究流体的机械运动规律以及运用这些规律解决工程实际意义的一门学科。

工程流体力学成为大部分工科学生的必修专业基础课程，主要涉及的专业有机械、能源动力、化工、环保、石油等专业[1]。

该课程的特点是抽象、枯燥、难懂，应用的数学知识较多。

因此为提高教学质量，授课教师们也一直在探讨如何改进流体力学的教学方法。

近年来，随着计算机科学的发展，计算流体动力学（简称CFD）技术日趋成熟。

CFD 是通过计算机数值计算和图像显示，对包含有流体流动和热传导等相关物理现象的系统进行求解分析[2]。

由于数值模拟相对于实验研究具有成本低、周期短、获得数据完整等特点�对设计研发起到重要指导作用，所以CFD 技术得到了越来越多的应用。

如何最大程度地激发学生对所学知识的兴趣是教学成败的最关键因素，它影响着学生对知识的求知欲望，从而进一步决定对他们对所学理论的理解与掌握[3]。

由于流动基本变化规律很难理解，因此本文将CFD 技术应用在流体力学的教学过程中。

通过对基本流动现象的数值分析，将抽象的概念、理论变成形象的画面及动画演示，并结合基础理论进行讲解，便于学生对所学内容深入理解。

同时也列举科研中研究的工程实际问题，从而达到激发学生的学习兴趣，改善教学效果的目的。

Fluent 软件是1999年进入中国市场，目前在国内各个行业得到广泛应用。

文献[3]和[4]希望在流体力学的教学过程中，同时也教授软件Fluent 的使用方法，让学生自己对简单地流动现象进行数值仿真，从而使学生对流体力学的基本概念和基本理论理解深刻。

这种想法立意很好，但对教师要求很高，同时由于课时的有限，实际操作起来困难较大。

本文应用Fluent 软件，对流体力学中的一些基本流动现象进行数值分析，并将流动规律的动画或图片应用到教学过程中，清晰表明流动规律，帮助学生建立清晰的物理概念，缩短认识过程，让学生在屏幕上看到“流动”。

CFD方法在流体机械设计中的应用

CFD方法在流体机械设计中的应用CFD方法在流体机械设计中的应用1 引言随着科学技术的进步和经济的发展，许多领域(特别是石油化工、航空等)对高性能的流体机械需求越来越迫切。

为了适应社会的需求，需要进行试制和大量试验参数测量等工作，为此需要耗费大量的资金和时间。

显然，为了设计出高性能的流体机械，传统的设计方法已满足不了需要，必须采用现代设计理论和方法。

这就要求设计者必须详细掌握流体机械性能和内部流动状况，从而给流体机械内部流动理论和试验研究提出了新的课题。

研究流体流动的方法有理论分析、实验研究和数值模拟三种。

对叶轮机械、喷管、管道等内部流动实验测量时，要求的实验装置复杂庞大且实验成本较高，研制周期长，因而使实验研究受到了很大的限制。

而数值模拟将以其自身的特点和独特的功能，与理论分析及实验研究一起，相辅相成，逐渐成为研究流体流动的重要手段，形成了新的学科——计算流体动力学(CFD:Computational Fluid Dynamics)。

近年来，随着高速、大容量、低价格计算机的相继出现，以及CFD方法的深入研究，其可靠性、准确性、计算效率得到很大提高，展示了采用CFD方法用计算机代替试验装置和“计算试验”的现实前景。

CFD方法具有初步性能预测、内部流动预测、数值试验、流动诊断等作用。

在设计制造流体机械时，一般的过程为设计、样机性能试验、制造。

如果采用CFD方法通过计算机进行样机性能试验，能够很好地在图纸设计阶段预测流体机械的性能和内部流动产生的漩涡、二次流、边界层分离、尾流、叶片颤振等不良现象，力求将可能发生故障的隐患消灭在图纸设计阶段。

综上所述，人们借助计算机对流体机械内部的流动进行数值模拟成为可能，CFD方法将在一定程度上取代实验，以达到降低成本、缩短研制周期的目的，并且数值模拟可提供丰富的流场信息，为设计者设计和改进流体机械提供依据。

因此，人们深信CFD方法是现在和未来研制流体机械必不可少的工具和手段，它使设计者以最快、最经济的途径，从流体流动机理出发，寻求提高性能的设计思想和设计方案，从满足多种约束条件下获取最佳的设计，可以说CFD方法为流体机械设计提供了新的途径。

往复式压缩机进气管路气流压力脉动分析

往复式压缩机进气管路气流压力脉动分析季龙庆;刘洪佳;田德永【摘要】使用Bentley PULS软件对往复式压缩机进气管路进行气流压力脉动分析,设计进气缓冲罐,计算管道系统中各节点的脉动压力.根据计算结果在管路中增设孔板对超标的气流压力脉动幅值进行抑制,使得进气管路内的气流脉动满足API618标准的要求,保证了装置的安全运行.【期刊名称】《化工设计》【年(卷),期】2018(028)006【总页数】4页(P38-41)【关键词】往复式压缩机;压力脉动;缓冲罐;孔板【作者】季龙庆;刘洪佳;田德永【作者单位】中海油石化工程有限公司济南 250100;中海油石化工程有限公司济南 250100;中海油石化工程有限公司济南 250100【正文语种】中文往复式压缩机是化工、石油化工、天然气、电力等行业的重要设备，通过气缸与活塞作用压缩气体以提高气体压力实现介质管线输送。

由于压缩机气缸不断交替吸排气，造成气缸排出的气体压力呈脉动状态。

气缸内活塞运动速度随时间变化而变化，造成气流运动速度呈脉动状态，这种气流压力和速度的周期性变化，称为气流脉动[1]。

气流脉动有着降低压缩机容积效率、增大压缩机轴功率，影响气缸稳定供气等危害。

压力脉动也是造成管道振动的重要因素，而管道振动反过来会引起压缩机机身振动，使运动件疲劳、过载使管道及换热器等附件应力过大而引发疲劳破坏和破裂[2]。

因此API 618标准规定，应对往复式压缩机进出口管路进行气流压力脉动分析，并对气体压力脉动幅值进行抑制[3]。

Bentley PULS软件基于一维波动理论，使用转移矩阵法对管路中气流脉动进行模拟计算，能够准确计算管道内气流压力脉动幅值[4-5]。

本文即采用该软件对某石化项目中往复式压缩机进气管路进行气流压力脉动分析，并对气流压力脉动幅值进行抑制。

1 压缩机进气管路系统往复式压缩机进气管路系统见图1。

以氮气为主的含烃混合气体来自集液罐，经缓冲罐进入压缩机进行压缩。

CFD方法在流体机械设计中的应用

4.1.3性能模拟测试
完成以上流程后，需要测试模拟水泵的性能。为了探索水泵的性能，设计高性能水泵需要探索出水泵的内部流动。模拟水泵的性能需要模拟其数值，从而进行泵和叶轮值准确数值的提供，并对它们进行整体的数值分析。在相对坐标下的旋转叶轮区域可以建立控制方程组，求解入口管道和出口管道以及泵体区域的绝对坐标系统中的控制方程，然后在双参考系统下检测计算其流动性能。在检测过程中，有必要使相对和绝对动态及静态接口达成绝对物理量相等。
图1喷雾泵模型
4.1.2计算数值
完成设计喷雾泵的模型后，要计算数值。在FLUENT软件中设置3D单精度求解器，接着在此求解器上进行计算模型的选择，模型为喷水泵计算模型。当在软件上选择标准的混合表面和近壁功能以喷射水泵时，模拟转子和定子运动的现象。边界条件在模拟期间设置，设定边界条件需要分别设定转子和定子，并设定转子的流体状态，主要设定其转速，可设定为每分钟1000转，只能为定子设定液态状态。为了使喷水泵入口的压力条件得到保证，总压力设定为0，默认设定保持在湍流水平。不仅要检查进口压力，还检查出口压力，并将外壁条件设定为边界条件。边界条件设置完成后，能够应用分离变量求解器计算喷雾泵的速度和其他值，然后使用FLUENT软件中的3D技术做出处理，从而获得更逼真的喷水泵运行模拟。
4.1.1构建模型
应用FLUENT软件首先需要构建模型。水泵的型号由6个转子和10个定子组成，该模型相对简单，只能在转子和定子之间考虑计算水流量的问题。如果设定转子与定子都只是一个叶片，对于每分钟120转，实验环境中的压力假设为latm。设置完成后，开始在FLUENT软件中建模，并简化初始模型，并在划分和设置网格之前将其简化到一定程度。简化的模型是网格化的，如图1所示。
关键词：CFD；流体机械设计；应用

大型往复式压缩机气流脉动及管道振动研究

华中科技大学硕士学位论文摘要作为流体压缩及动力输送的通用机械，压缩机一向被视作化工行业的核心设备，其能否安全平稳地运行直接关乎相关企业经济效益。

活塞压缩机进、排气过程带有间断特性，使得进排气管内气流参数呈脉动变化，出现气流脉动现象。

气流脉动极易导致管道振动，从而引发压缩机容积效率变低、功率损耗增加等危害。

因此，研究脉动产生机理及其对管道振动特性产生的影响便具有较强意义。

本文针对阀腔压力脉动与管道振动作了以下研究。

建立了求解阀腔压力脉动的数学模型，综合考虑了压缩机阀腔、阀片运动和管道系统等对气流脉动的影响，将压缩机和管系作为一个动态关联的整体进行研究，使得压缩机工作特性的气流脉动分析更接近实际情况，计算结果精度更高。

根据压缩机工作和阀片运动规律特性的模拟结果，对是否考虑阀腔影响的两种情况，进行对比分析，结果表明，若考虑阀腔影响，阀片撞击升程限制器的速度增加约10%，容易损坏阀片。

然后讨论了阀片升程、弹簧刚度及阀片质量等气阀结构参数对气阀运动规律和缸内压力的影响。

另外，通过阀腔压力脉动模型的求解，获得了进气阀腔的压力变化情况，压力不均匀度为3.49%，在合理范围内。

基于流固耦合模态与气柱固频分析的基本理论，探索了压力、壁厚、内径等参数对所建管道固频的影响情况，并进行了管内气柱模态分析。

基于模态分析结果，对弯管内气体处于非定常状态时管路振动响应问题进行数值分析，同时还研究了脉动流体的频率与幅度等参数对管道响应的影响规律。

研究发现，压力脉动使管道应力出现较大波动（7%），这种较大幅度的交变应力极易破坏管道；在流固耦合作用下，管道基频随压力脉动频率的增大而升高，且当管道基频或气柱固频与气流脉动频率相近（共振）时，管道变形增大为非共振情况的2-3倍。

关键词：大型往复压缩机；气阀运动规律；阀腔压力脉动；管道振动；瞬态分析华中科技大学硕士学位论文AbstractAs a general machine of fluid compression and power delivery, compressor always been regarded as the core equipment of the petrochemical industry. Whether safe and smooth operation is directly related to the economic interests of the related enterprises. The inlet and exhaust process of piston compressor is intermittent, which makes the parameters of the air flow in the inlet and exhaust pipes change periodically, and then the flow pulsation occurs. Airflow pulsation can cause pipeline vibration easily, which leads to lower volumetric efficiency of compressor and the increasing of power loss etc. Therefore, it has great significance to study the mechanism of pulsation and its’ influence on the vibration characteristics of pipeline. In this paper, the pressure pulsation of valve cavity and the vibration of pipeline are studied as follows.First, we established the mathematical model of pressure fluctuation in valve chamber. The influence of valve chamber, valve motion and pipeline system on the flow pulsation are considered synthetically in this model, which makes the compressor and pipe system formed integrally, and this kind of air flow pulsation analysis combined with compressor working characteristics will make the calculation results more accurate and closer to the actual situation.According to the simulation results of compressor work and the motion law of valve plate, we compared and analyzed the influence of with or without valve cavity, the rsults show that if we take into account the valve cavity, the speed of valve plate impact lift limiter is increased by about 10%, and the valve plate is easily damaged. After that, we discussed the influence of valve structure parameters such as valve plate lift, spring stiffness and valve blade mass on valve motion and cylinder pressure. By solving the pressure fluctuation model of the valve cavity, the pressure variation of the inlet valve cavity is obtained, and the pressure inhomogeneity is 3.49, which is within a reasonable range.华中科技大学硕士学位论文Last, we studied the influence of pressure, wall thickness and inner diameter on the natural frequency of the pipeline based on the basic theory of fluid-solid coupling and modal analysis. After the modal analysis of the gas column in the pipe was carried out, based which numerical analysis of the vibration response of the pipe was done when the gas in the bend is in an unsteady state. At the same time, the influence of the frequency and amplitude of the pulsating fluid on the pipeline response is also studied. We found that the pressure pulsation causes the pipeline stress to fluctuate greatly (7%), which is easy to destroy the pipeline, and the fundamental frequency of the pipeline increases with the increase of the pressure pulsation frequency under the action of fluid-solid coupling. When the fundamental frequency of the pipeline or the fixed frequency of the gas column is close to the pulsating frequency of the gas flow (resonance), the deformation of the pipeline increases 2-3 times as much as that of the non-resonance case.Keywords: Large Reciprocating compressor; Motion law of valve; Pressure pulsation of valve chamber; Pipe vibration; Transient analysis华中科技大学硕士学位论文主要符号表h阀片位移 y阀片运动速度 θ曲轴转角 v M阀片质量 ω曲轴转角速度 β 推力系数 p气体压力 s p 进气压力 d p排气压力s A气阀推力面积so p进气阀腔气体初始压力 do p排气阀腔气体初始压力 so ρ 进气阀腔初始气体密度 do ρ排气阀腔初始气体密度 z气阀弹簧个数 K弹簧刚度系数 0H弹簧预压缩量 k气体绝热指数 V气体容积 A α气阀有效通流面积 R气体常数 s T进气温度 d T排气温度 S活塞行程p A活塞底面积 λ曲柄半径与连杆长度比值 0V余隙容积 D气缸直径 1α阀隙流量系数 e α阀座通道流量系数 v A环周长 e A阀座通道面积 1N进气阀个数 2N排气阀个数 Q热量W 功下标imp 碰撞值下标reb 反弹值下标s进气下标d排气H阀片升程s Φ进气管道质量流量 csΦ流经进气阀气体质量流量 cdΦ流经排气阀气体质量流量 d Φ 排气管道质量流量s ρ进气密度华中科技大学硕士学位论文s L进气管道长度 d L排气管道长度 d ρ排气密度 s V进气阀腔体积d V排气阀腔体积s λ进气管沿程阻力损失系数 d λ排气管沿程阻力损失系数 R C 阀片反弹系数 s K进气管局部阻力系数d K排气管局部阻力系数华中科技大学硕士学位论文目录摘要 (I)Abstract ........................................................................................................... I I 主要符号表 (IV)目录 (VI)1绪论 (1)1.1 课题背景与研究意义 (1)1.2 国内外研究现状 (2)1.3 本文主要工作 (6)2往复式压缩机阀腔压力脉动数学模型 (8)2.1 引言 (8)2.2 压缩机工作过程数学模型 (8)2.3 阀片运动方程 (11)2.4 阀腔压力控制方程 (13)2.5 管内气体流动方程 (15)2.6 阀腔压力脉动数学模型及计算条件 (16)2.7 本章小结 (18)3阀片运动及阀腔压力脉动模拟 (20)3.1 引言 (20)华中科技大学硕士学位论文3.2 阀片运动规律与影响因素分析 (20)3.3 阀腔压力脉动分析 (27)3.4 本章小结 (28)4输气管道流固耦合模态分析及气柱固有频率计算 (29)4.1 引言 (29)4.2 流固耦合基本原理 (29)4.3 管道结构模态分析 (33)4.4 气柱固有频率计算 (41)4.5 本章小结 (44)5管道流固耦合瞬态特性分析 (45)5.1 引言 (45)5.2 弯曲管道流固耦合模型 (45)5.3 数值分析 (47)5.4 结果分析及不同因素影响 (47)5.5 本章小结 (54)6总结与展望 (56)6.1 全文总结 (56)6.2 研究展望 (57)致谢 (58)华中科技大学硕士学位论文参考文献 (59)硕士期间研究成果 (66)华中科技大学硕士学位论文1绪论1.1 课题背景与研究意义作为流体压缩及动力输送的给予者，压缩机一向被视作化工行业的核心设备，压缩机将流体加压加速后使其快速涌向装置的其他部位，其能否安全平稳地运行直接关乎相关企业经济利益。

CFD软件在流体力学教学中的应用-4页文档资料

CFD软件在流体力学教学中的应用一、引言流体力学的教学内容理论性强、概念多、公式繁杂。

在流体力学学习过程中为了明白一个定理，甚至为了准确地理解一个概念，学生首先需要读懂数学，然而读懂了数学不一定意味着已经明白了数学符号背后所代表的物理意义，流体力学教学实践表明，学生从读懂数学到理解流动问题的物理本质有一个过程。

而几乎所有的重要概念和原理都与流体的流动联系在一起，仅依靠教师的语言描述和书本、黑板上的文字、图形、公式推导来说明，常使学生感到抽象、不易理解，教师的一个重要任务就是帮助学生完成从读懂数学到理解流动的物理本质这一转变过程。

流体力学作为正在蓬勃发展的前沿基础学科，新理论、新方法、新技术日新月异，新发现、新成果、新应用层出不穷。

随着流体力学研究的不断深入，人们对复杂流体流动机理的认识也在不断深化和发展，而计算流体动力学（CFD）[1]是近代流体力学、数值数学和计算机科学结合的产物，是一门具有强大生命力的边缘科学。

它以电子计算机为工具，应用各种离散化的数学方法，对流体力学的各类问题进行数值实验、计算机模拟和分析研究，能够直观地反映流体流动过程[2]。

二、理论计算与数值分析的结合由于流体运动的复杂性，流体力学的学习可以通过理论分析和数值计算共同完成。

通过理论分析，独立地完成一定量的课后练习题是流体力学学习过程的重要组成部分，解题过程本质上就是利用流体力学的基本原理和基本方程分析和解决实际问题的一个训练过程；而数值计算则训练学生将实际工程问题简化为数学物理模型，并选用恰当的数学工具加以求解的能力，在这一过程中可以增强学生对流动过程本质的理解，将数学工具与物理问题有机地结合起来，一个好的综合性或设计性作业练习有时相当于让学生完成一个小的科研项目；其次，鼓励学生参与到大学生实验创新计划中去，设计研究方案和技术路线，搭建实验平台，独立进行实验研究工作并总结写出研究报告或研究论文，通过综合性研究型实验，培养学生的科研能力和创新意识。

浅析CFD方法在流体机械设计中的应用

浅析CFD方法在流体机械设计中的应用摘要：流体机械设计需对低速、超音速间的无粘合性流动进行准确计算，通过对CFD方法的使用，即可对此速度下流体予以计算。

在流体机械设计中应用CFD方法，可增强流体分析与设计的科学性，工程应用意义更显著。

基于此，文章将CFD方法作为主要研究对象，重点阐述其在流体机械设计中的具体应用，希望有所帮助。

关键词：CFD方法；流体机械设计；应用目前，高能流体机械设计被广泛应用于各领域，为与社会需要相适应，需在设计中对资金需求与时间需求予以综合考虑。

为确保流体机械性能设计理想，需在传统设计方法的基础上合理引入新型设计方法。

为此，设计工作者要对流体性能及内部情况予以熟练掌握并加以设计。

由此可见，深入研究并分析CFD方法在流体机械设计中的具体应用十分有必要。

一、CFD方法概述CFD技术，即流体动力学计算方法，在工业机械设计中的应用十分广泛。

在CFD技术应用期间，需有效融合计算机技术和数学学科，对多种离散化数学方法加以运用，对流体力学容易遇到的计算问题予以计算和处理[1]。

通过对先进仪器的运用实现数值模拟，与实验数据相结合创建虚拟模型，进而为工业机械设计工作的开展提供准确度更高的参考。

（一）数学模型基于流体计算方法的发展，时间推进法常用于超音速与亚音速跨音速等领域，因计算中针对时间要选择倒推计算方法，所以计算科学性十分明显，误差也处于容许范围内。

在对时间推进法运用过程中，可有效解决实际问题[2]。

在相关工程应用体系发展中，使此方法得到了更好地运用，优势也逐渐凸显出来。

通常情况下，流体机械设计中的弯道设置相对科学。

若直通道较多则会产生较高冲击力，严重威胁设备实用性与可靠性，因而一般会选择不规则形态。

为此，在研究中选用斯托克斯方程分析内部流动情况，将客观数据转变为抽象处理法，以便于更好地开展流通量、粘黏性同量分析和求解。

（二）计算方法1.离散方程组求解长期以来，程序设计经常选择隐式推进法，但此方法求解时间时会涉及隐形关系，影响了矩阵求逆运算的效果[3]。

CFD技术在流体机械设计中的应用与发展

CFD技术在流体机械设计中的应用与发展发表时间：2018-09-17T17:11:39.147Z 来源：《基层建设》2018年第25期作者：宋平平[导读] 摘要：进入二十一世纪，科技不断发展，技术不断更新完善，在流体机械设计领域，能够体现科技创新技术的就是CFD技术。

中煤科工集团武汉设计研究院有限公司湖北武汉 430064摘要：进入二十一世纪，科技不断发展，技术不断更新完善，在流体机械设计领域，能够体现科技创新技术的就是CFD技术。

应用CFD技术进行流体机械设计能够提高流体机械的性能，使得CFD技术更广泛应用于流体机械设计领域。

占据流体力学重要部分的CFD技术是由数学和计算机有机结合产生，是一种边缘而生命力强大的学科。

CFD技术能够在数学和计算机领域同时得到更好的应用，其重要性不可忽略。

本文详细介绍CFD技术在流体机械设计领域的运用与发展。

关键词：CFD技术；流体机械设计；应用与发展一、流体机械的设计思想我国的科学技术与经济在不断发展的过程中，许多专业领域都在积极创新发展。

在石油化工和航空等领域，迫切需要新的流体机械设计技术以促进行业的发展。

随着社会的不断进步，使得流体机械设计新技术的需求增加。

传统技术已经不能满足于市场需要，已经逐渐被淘汰，所以此时需要更高性能的新型技术。

步入新型城市化进程后，设计管理与理念必须具有现代化。

设计者首先需要掌握该领域技能水平，这不仅需要了解过去的设计理念，同时还要结合实际现代化进程，为该领域量身定做一个属于新时代的设计方案。

接着设计者需要掌握流体机械设计在进入市场后的后续进程，同时详细的把控住流体机械的内部流动状态。

将流体机械设计方案不断进行试验，并与新型工艺进行结合，将传统技术进行代替，减小阻力与碰撞。

为此就设计者需要CFD技术促进流体机械性能的大幅度提高。

CFD 技术能够带来更多的便利，它不仅是现在与未来在研究流体机械领域不可或缺的重要工具和思想，同时能够给设计者提供新型理念，让设计者在此基础上，用最少的时间，获得最大的经济利益。

流体动力学(cfd)在往复式压缩机管道系统气流脉动计算中的应用

流体动力学（CFD）在往复式压缩机管道系统气流脉动计算中的应用流体动力学（CFD）在往复式压缩机管道系统气流脉动计算中的应用摘要：参照实验室所搭建的管道系统实验平台，根据计算流体动力学（CFD）方法建立管道内气体的二维非定常流动模型。

利用流体仿真软件FLUENT计算了缓冲器及孔板前后的气流脉动，通过分析气流脉动曲线及流场的分布情形验证了缓冲器及孔板对气流脉动的消减作用。

通过对比实验数据验证了利用CFD技术研究管道系统气流脉动是准确可靠的。

关键词：管道系统 CFD技术气流脉动 FLUENT 孔板往复式压缩机是石油、天然气、化工及电力等工业生产中的重要机械设备，其管道系统又是实现物质运输的主要途径，然而管道系统的振动会对安全生产造成很大的威胁，众多生产实践表明压缩机管路的绝大多数振动问题都是由气流脉动引起的，而压缩机吸排气的间歇性、周期性特点是产生气流脉动的主要原因。

因此研究气流脉动的产生机理，建立合理的流体动力学模型进行管道中气流脉动的预测具有重要的理论意义和工程实用价值。

现有研究气流脉动较为成熟的方法大多基于平面波动理论[1]或一维非定常流动理论[2]，它们均未考虑流体流动时湍流的影响，同时对缓冲器、孔板、冷却器、分离器等管路元件的气流脉动计算精度也较差。

随着计算机速度的提高和近年来CFD技术的发展，选用有限元方法[3，4]及有限容积法[5]计算管系的气流脉动取得了一定的成效。

CFD方法[6]应用于稳态的工业流场模拟已有较多的报道，但对非稳态的脉动流场研究较少。

本文基于CFD方法建立管道系统流体动力学模型。

在考虑湍流的情况下[7]，模拟了含空冷器及孔板管道等管路原件的管道系统非定常流动时气流脉动及流场特性。

通过和实验数据对比验证了CFD方法计算管道系统气流脉动的合理性及准确性。

一、CFD模拟计算理论目前广泛用于计算流体力学的数值方法有有限差分法、有限元法、有限体积法等，其目的都是将控制方程离散化，本文用到的CFD 软件FLUENT[8-9]采用有限体积法将非线性偏微分方程转变为网格单元上的线性代数方程，然后通过求解线性方程组得出流场的解。

计算流体动力学CFD原理及其在结构风工程中的应用

随着科学技术的发展，计算风工程成为了风工程研究领域的又一崭新的研究方法［３－ｏ＂１。计算风工程的核心内容就是计算流体动力学（ＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌＦｌｕｉｄＤｙｎａｍｉｃｓ，或者
【收稿日期］２００９—０３－１２【作者简介】成小江，南通四建集团有限公司。
万方数据
体力学研究领域与理论流体力学和实验流体力学相提并论的研究方法，广泛用于工程流场数值计算。
ｐ尝＝乒Ｖｐ＋２Ｖ·（詹）一了２Ｖ（ｐＶ·功（４）
如果流体中的动力粘度为常数、流体不可压缩，则（４）
式变为
ｐ譬＝乒Ｖ肿Ｖ：·矿
（５）
一一３ｐＺ
ｐｐ鲁苛＝一２等亩＋斗＋丽斗ａ２ｕ丽，ｉ＝１，２，３（６）
式（６）就是著名的纳维尔一斯托克斯方程，简称Ｎ—Ｓ方程。
一般认为。无论湍流流动多么复杂。三维的、非稳态的Ｎａｖｉｅｒ—Ｓｔｏｋｅｓ方程对于湍流稳态Ｎａｖｉｅｒ— Ｓｔｏｋｅｓ方程的数值求解上。１．２计算流体力学软件的计算流程
图ｌＣＦＤ软件的计算流程图（ＦＬＵＥＮＴ）自１９８１年以来，出现了ＰＨＯＥＮＩＣＳ、ＣＦｘ、ＳＴＡＲ－ＣＤ、ＦＩＤＩＰ、ＦＬＵＥＮＴ等多个商用ＣＦＤ软件，在这些众多软件
中．ＦＬＵＥＮＴ是目前功能最全面、适用性最广的ＣＦＤ软件之
一．图ｌ给出了ＦＬＵＥＮＴ软件计算的流程图。２工程实例分析２．１工程概述
各种工况下南北楼标准层在部分高度的整体体型系数
出的风压计算公式为：
结构，狭道风效应在设计中应予充分重视。另外，给出了风
ＷＦＧＷ，
（９）
压系数、局部体型系数、整体体型系数的计算公式，并列出
式中Ｇ为数值模拟得到的ｉ点的风压系数，形。为计算
了最不利工况下的建筑的整体体型系数，为结构设计提供

CFD方法在流体机械设计中的运用分析

CFD方法在流体机械设计中的运用分析随着科学技术的不断完善，CFD技术在流体机械设计中的应用越来越广泛，对于提升流体机械的性能有很大的帮助。

CFD方法是流体力学中的重要组成部分，是数学和计算机有机结合的产物，作为一门具有强大生命力的边缘学科，不管是在数学领域还是计算机领域，CFD方法的重要性都是无可替代的。

本文将针对CFD方法在流体机械设计中的运用进行分析。

标签：CFD方法；流体机械设计；运用分析0 前言近几年来，我国的工业化进程开展的如火如荼，工业制造业作为支撑国民经济发展的主力军受到了广泛的关注。

在科技时代的影响下，各种多样化的科学技术被应用在流体机械设计中，并且发挥着重要的作用。

CFD技术是现代化工业经常使用的一种手段，在汽车制造业、航空航天、造船业等领域中的应用相当广泛。

除此之外，CFD技术还被使用在喷水泵、压缩机等流体机械设计当中。

不管从哪一个角度看，CFD技术的应用都推动了工业领域的可持续发展。

1 CFD方法的基本概述CFD也叫计算流体动力学，是流体力学领域中的重要组成部分，在工业机械设计中占据了关键地位。

CFD是数学和计算机有机结合的产物，作为一门具有强大生命力的边缘学科，不管是在数学领域还是计算机领域，CFD方法的重要性都是无可替代的。

在使用CFD技术的时候，需要依赖电子计算机作为工具，通过各种离散化的数学方法的合理利用，解决流体力学计算中的各种问题。

利用先进的科学仪器模拟数值实验，根据实验数据构建虚拟模型，并且针对模型进行细致的分析与研究，从而实现利用数学知识解决流体力学实际问题的目标。

常用的CFD技术软件为FLUENT。

任何流体的运动都不是随机，而是遵循一定的自然规律，所以在利用CFD 方法研究流体力学的时候，也应该遵守一定的规律。

常用的自然规律有质量守恒定律、动量守恒定律、能量守恒定律等。

流体的运动非常容易受到外界因素的影响，并且在外界因素的影响下会发生一定的变化，而CFD方法的应用恰恰能够解决这些问题。

往复式压缩机管道系统气流脉动的数值与实验研究

ＮｕｍｅｒｉｃａｌａｎｄＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＧａｓＰｕｌｓａｔｉｏｎｉｎ
ＲｅｃｉｐｒＯｃａｔｉｎｇＣｏｍｐｒｅｓｓｏｒＰｉｐｉｎｇＳｙｓｔｅｍ
摘要：通过实验和数值分析研究了两台往复式压缩机并机运行时管道系统中关键部位的气流脉动，根据计算流体动力学（ＣＦＤ）方法建立了管道系统流体动力学模型，提出了合理的边界条件，分析了层流和湍流两种模型下管道系统中的气流脉动。通过实验数据对比发现，采用ＣＦＤ方法中的湍流模型计算管道气流脉动比层流模型更加合理，进而研究了３种不同湍流模型下的气流脉动特
ｐｕｌｓａｔｉｏｎａｔｔｈｅｋｅｙｐｏｓｉｔｉｏｎｓｏｆａｐｉｐｉｎｇｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｔｗｏｒｅｃｉｐｒｏｃａｔｉｎｇｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒｓｏｐｅｒａｔｉｎｇｔｏｇｅｔｈｅｒ．Ｔｈｅｆｌｕｉｄｄｙｎａｍｉｃｓｏｆｔｈｅｐｉｐｉｎｇｓｙｓｔｅｍｗａｓｍｏｄｅｌｅｄｗｉｔｈａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｂｏｕｎｄａｒｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｂｏｔｈｔｈｅｌａｍｉｎａｒａｎｄｔｕｒｂｕｌｅｎｔｆｌｏｗｍｏｄｅｌｓｗｅｒｅｅｍｐｌｏｙｅｄｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅ

CFD方法在流体机械设计中的应用研究

CFD方法在流体机械设计中的应用研究摘要：本文立足于当前我国流体机械设计的实际情况简略阐述了该课题的研究背景，介绍了流体力学基本方程，并从压缩机设计以及喷水泵设计两方面内容着手，对CFD方法在流体机械设计中的实际应用进行了详细分析，旨在为相关研究人员提供参考。

关键词：CFD方法；流体机械；控制方程1研究背景流体机械本身属于一种机械设备，在实际进行机械生产的时候主要将流体作为其关键能源，通过对于流体机械的应用能够有效为机械设备的持续平稳运行提供充足的动力。

现如今在我国的多个领域中都已经实现了对于流体机械的广泛应用，所以当前我国在流体机械方面所开展的研究比较多，以往的流体机械设计方面基本上是凭借试验得出相应的参数设定，接下来再利用设计人员本身的经验优化筛选以及调整试验参数，进而得到最终的流体机械设计。

但传统的设计方法常常会导致其设定参数的时候出现误差，并且难以保障流体机械应用的气动性能。

而CFD方法的有效应用可以有效提升各项参数设定的科学性，切实降低误差出现的可能性，从根本上保障流体机械的高质量应用。

2流体力学基本方程2.1控制方程CFD即计算流体动力学，其主要是对流程问题进行求解，最关键的内容便在于将原本有着一定复杂性的流场离散成网格，进而促使流体动力学方程能够实现在节点处的有效计算，其基本的质量守恒以及动量守恒定律应当能够同每一个网格相适应，CFD中的任意连续性方程如下所示：在该公式中，、t、u分别代表的是密度、时间以及速度。

对于流体机械来说，在忽略其本身的重力效应之后，可以得出相应的动力方程，如下所示：该公式中的v代表的是体积，F则指的是作用于流体单位质量上的质量力，p 主要是指在流体微团单位面积上作用的实际应力张量。

2.2湍流模型在计算流体力学中，湍流本身属于一个有着较高复杂性的问题，之所以如此是因为其自身的流动上整体呈现出一定的混乱性、无规律性，并且还会随着时间推移产生变化，与此同时，其都是三维流动的。

计算流体力学(CFD)在制冷与空调专业中的应用

计算流体力学(CFD)在制冷与空调专业中的应用The application of CFD in refrigeration and air-conditioning李钢（长安大学信息工程学院，西安710064）摘要：本文通过对相关文献的检索和整理，回顾了计算流体力学在制冷与空调领域中的应用，本文可分为四个部分：主要介绍了计算流体力学的优点、其在空调领域的应用、其在压缩机领域的应用和其在涡旋压缩机设计方面的应用。

通过学习，本人掌握了一些基本的计算流体力学和计算传热学的分析方法，为今后在涡旋压缩机内部流场的数值模拟方面的科研工作奠定了坚实的基础。

Abstract: This article first reviewed the structure and main features of CFD, then introduced its applications in the three following aspects: 1, the application of CFD in simulating the distribution of the temperature field and veloc ity field in air-conditioning; 2, the application of CFD in the flowing feature of a hermetic refrigeration compressor; 3, especially the application of CFD in the designing of the discharge port of the scroll compressor.关键字：计算流体力学，速度场，压缩机，数值模拟Keyword: CFD, the field of velocity, compressor, numerical simulation1通过学习，对计算流体力学有了初步的了解1.1CFD的一般结构：CFD主要包含3个主要环节:建立数学物理模型、数值算法求解与结果可视化。

往复式压缩机管道系统气流脉动的数值与实验研究

往复式压缩机管道系统气流脉动的数值与实验研究韩文龙;韩省亮;白长青【摘要】通过实验和数值分析研究了两台往复式压缩机并机运行时管道系统中关键部位的气流脉动,根据计算流体动力学(CFD)方法建立了管道系统流体动力学模型,提出了合理的边界条件,分析了层流和湍流两种模型下管道系统中的气流脉动.通过实验数据对比发现,采用CFD方法中的湍流模型计算管道气流脉动比层流模型更加合理,进而研究了3种不同湍流模型下的气流脉动特性和压力不均匀度,结果表明,标准k-ε湍流模型在计算管道系统气流脉动时最为准确,并适用于研究分析不同转速的压缩机并机运行时管路间的相互影响,及各管路中气流脉动随压缩机转速变化的规律.【期刊名称】《西安交通大学学报》【年(卷),期】2013(047)005【总页数】7页(P61-66,71)【关键词】往复式压缩机;管道系统;计算流体力学;气流脉动;流体动力学特性【作者】韩文龙;韩省亮;白长青【作者单位】西安交通大学航天航空学院,710049,西安;西安交通大学航天航空学院,710049,西安;西安交通大学航天航空学院,710049,西安;西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室,710049,西安【正文语种】中文【中图分类】O121.8;TG558往复式压缩机是石油、天然气、化工、电力等工业的重要机械设备，其管道系统是实现物质运输的主要途径。

众多生产实践表明，压缩机管路的绝大多数振动问题都是由气流脉动引起的，而压缩机间歇性的吸排气造成管道中气体流动的非均匀变化是产生气流脉动的主要原因［1］。

近年来，气流脉动研究的热点主要集中在讨论复杂管道系统中各种元件的压力与速度的传递关系［2－3］、计算精度［4－5］以及利用比较成熟的理论分析新型压缩机管系的气流脉动等［6－8］。

现有研究气流脉动较为成熟的方法大多基于平面波动理论或一维非定常流动理论［9］，但它们均未考虑流体流动时湍流的影响，而实际中管道内流体流动大多介于层流和湍流之间，该流动或多或少会受到湍流因素的影响。

往复式压缩机气体脉动分析及压力降计算

往复式压缩机气体脉动分析及压力降计算李程;吕明;李海三;沈书乾;杨平【摘要】The major reason of pipe vibration at reciprocating compressor outlet was summarized.Starting with the gas fluctuation,applying Bernoulli equation to calculate pressure drop of gas fluctuation was implemented and some improvements were proposed after considering the calculation results and the compressor pipeline’s vibration.%概述往复式压缩机出口管道振动的主要原因，从气体脉动的角度出发，应用伯努利方程对气体脉动压力降进行计算，并根据计算结果和压缩机管线振动的情况提出一定的改进措施。

【期刊名称】《化工机械》【年(卷),期】2016(043)004【总页数】4页(P472-475)【关键词】往复式压缩机;振动;气体脉动;压力降【作者】李程;吕明;李海三;沈书乾;杨平【作者单位】广东省特种设备检测研究院茂名检测院;中国石油抚顺石化分公司;广东省特种设备检测研究院茂名检测院;广东省特种设备检测研究院茂名检测院;广东省特种设备检测研究院茂名检测院【正文语种】中文【中图分类】TQ051.21往复式压缩机广泛应用于石油化工、化学工程等领域，并且具有效率高、压力高及工艺成熟等特点。

根据往复式压缩机的工艺特点周期性吸、排气，不可避免地会对管道产生冲击，引起管道的振动，所以在压缩机工作中出现振动情况属于正常现象。

但是，当管道结构固有频率、管道内气柱固有频率与往复式压缩机气流脉动所激发频率接近时，这种情况下管道振动较为剧烈，使管道及其附件的接连部位极易出现松动或断裂，不利于装置的平稳生产。

计算流体动力学_CFD_在流体机械领域的应用

图 6 曲柄角度为 540°时的静温等高线图
图 3 静子叶片附近的速度矢量云图
图 4 转子叶片和轮毂的全压等高线图
2.2 压缩机压缩机是用来输送气体并提高气体压力的机器。本文采
用一个简化的三维缸内几何结构，由一个圆柱代表缸壁，运动壁面代表活塞组成。活塞从下死点（相应的曲柄角度为 180°）向上运动，开始缓慢地绝热压缩缸内流体。当抵达上死点（相应的曲柄角度为 360°）时，活塞往回运动到起始位置，在曲柄角度为 540°时完成一个循环。
利用 FLUENT—3D 进行后处理，可得到曲柄角度为 540°时的静温等高线图（图 6）、上死点位置时的静温等高线图（图 7）和上死点位置的透视 YZ 坐标面的切面速度矢量图（图 8）。
图 2 喷水泵转子和静子网格划分结果图
（2）数值计算。启动 FLUENT 三维的单精度求解器，选择计算模型为 κ- ε 模型，使用标准近壁函数，使用混合面（Mixing Plane）来模拟转子和静子之间的干涉。
南京航空学院，2005. [5] 朱如鹏，潘升材，高德平. 微动疲劳中的应力状态参数和微动磨损
参数的研究[J]. 工程力学, 1998, 15 (4):116- 121.
NiTi Fretting Fatigue Life Prediction Model under the Low Cycle Load
中图分类号：035
文献标识码：A
文章编号：1672- 545X（2008）12- 0036- 02
空气、水、油等易于流动的物质被统称为流体。在力的作用下，流体的流动可引起能量的传递、转换和物质的传送。利用流体进行力的传递、进行功和能的转换的机械，被称为流体机械。流体力学就是一门研究流体流动规律，以及流体与固体相互作用的一门学科，研究的范围涉及到风扇的设计，发动机内气体的流动以及车辆外形的减阻设计，水利机械的工作原理，输油管道的铺设，供水系统的设计，乃至航海、航空和航天等领域内动力系统和外形的设计等。

压缩机气流脉动分析方法及应用研究现状

压缩机气流脉动分析方法及应用研究现状作者：黄兴鹏来源：《中国管理信息化》2016年第08期[摘要]近年来，在整个国民经济不断进步的大背景下，能源化工行业作为国民经济的基础和支柱型产业，也得到了迅猛发展。

压缩机作为能源化工行业中常用的动设备装置，人们对其性能和可靠性的要求也越来越高。

其中容积式压缩机的气流脉动问题是影响压缩机性能、噪声和安全性的主要因素。

有关气流脉动分析方法和理论模型的研究一直以来被广大的研究人员所重视。

本文调研了压缩机气流脉动分析方法及研究现状，并指出了今后重点需关注的研究内容。

[关键词]压缩机；气流脉动；频域分析；数值模拟doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2016.08.052[中图分类号]F273；U463 [文献标识码]A [文章编号]1673-0194（2016）08-00-01 概述气流脉动的分析模型主要包括频域和时域两大类，不同的分析模型具有不同的分析对象和局限性。

频域分析法由于其具有相对较高的计算效率，得到了更广泛的应用。

但频域分析方法中的模态展开法在声源计算模型方面的研究还存在一定问题，现有的声源模型存在发散性、压力不均匀性和计算效率低等缺点，导致压缩机气流脉动频域分析的计算结果可靠性不高，因此，有必要研究新的声源模型提高压缩机气流脉动的分析精度。

另一方面，气流脉动引发的噪声问题也是容积式压缩机的主要噪声源。

目前，噪声污染已经与水污染、大气污染、固体废弃物污染共同被看成是世界范围内4个主要环境问题。

在这种背景下，有效控制容积式压缩机的噪声问题，不仅是满足国家法律法规的基本要求，而且是企业提升产品品质、增强企业自身竞争力的有力手段。

研究压缩机工作过程气流脉动规律需要将压缩机气流脉动理论模型与实际压缩机工作过程的数学模型进行耦合。

近年来，随着计算机技术的不断进步，数值分析的范围得到进一步拓展，各种气流脉动分析方法都得到了一定程度的发展。

从总体上看，根据压缩机气流脉动基本处理方法的不同，主要可从分析域的角度分为频域模型和时域模型两大类。

压缩机气流脉动分析方法及应用研究现状

压缩机气流脉动分析方法及应用研究现状[摘要]近年来，在整个国民经济不断进步的大背景下，能源化工行业作为国民经济的根底和支柱型产业，也得到了迅猛开展。

压缩机作为能源化工行业中常用的动设备装置，人们对其性能和可靠性的要求也越来越高。

其中容积式压缩机的气流脉动问题是影响压缩机性能、噪声和平安性的主要因素。

有关气流脉动分析方法和理论模型的研究一直以来被广阔的研究人员所重视。

本文调研了压缩机气流脉动分析方法及研究现状，并指出了今后重点需关注的研究内容。

[关键词]压缩机；气流脉动；频域分析；数值模拟doi：-[中图分类号]F273；U463[文献标识码]A[文章编号]1673-0194〔2021〕08-00-01概述气流脉动的分析模型主要包括频域和时域两大类，不同的分析模型具有不同的分析对象和局限性。

频域分析法由于其具有相对较高的计算效率，得到了更广泛的应用。

另一方面，气流脉动引发的噪声问题也是容积式压缩机的主要噪声源。

目前，噪声污染已经与水污染、大气污染、固体废弃物污染共同被看成是世界范围内个主要环境问题。

在这种背景下，有效控制容积式压缩机的噪声问题，不仅是满足国家法律法规的根本要求，而且是企业提升产品品质、增强企业自身竞争力的有力手段。

研究压缩机工作过程气流脉动规律需要将压缩机气流脉动理论模型与实际压缩机工作过程的数学模型进行耦合。

近年来，随着计算机技术的不断进步，数值分析的范围得到进一步拓展，各种气流脉动分析方法都得到了一定程度的开展。

从总体上看，根据压缩机气流脉动根本处理方法的不同，主要可从分析域的角度分为频域模型和时域模型两大类。

一般来讲，频域模型基于声学线性波动方程，理论和计算方法比拟成熟，在压缩机气流脉动的分析中一直得到了较多使用。

关于能源与动力工程中cfd应用与展望

关于能源与动力工程中cfd应用与展望【1】CFD在能源与动力工程中的应用CFD（Computational Fluid Dynamics，计算流体力学）是一种通过数值方法求解流动方程来研究流体力学问题的技术。

在能源与动力工程领域，CFD被广泛应用于模拟和优化各种流动问题，从而提高系统的性能和效率。

本文将深入探讨CFD在能源与动力工程中的应用，并展望未来的发展方向。

【2】CFD在能源系统设计与优化中的应用能源系统设计与优化是能源与动力工程的核心领域之一。

CFD技术能够提供详细的流动、传热和反应等参数分布信息，从而帮助工程师更好地设计和优化能源系统。

CFD可以用于优化燃烧室的燃烧效率和减少氮氧化物排放，优化风电场的风能利用效率，以及改进换热器的传热性能等。

通过CFD的模拟和分析，能够更准确地评估不同设计方案对系统性能的影响，从而有效提高能源系统的效率。

【3】CFD在火电厂和核电站中的应用火电厂和核电站是能源生产的重要部分，也是CFD应用的热点领域之一。

在火电厂中，CFD技术可以被用来模拟和预测燃烧过程的细节，优化燃烧效率和减少污染物的排放。

CFD还可以帮助设计风机、疏风系统和冷却系统，提高火电厂的运行效率和可靠性。

在核电站中，CFD可以用于研究冷却剂的流动和传热特性，优化核反应堆的设计和安全性。

CFD的应用不仅可以提高火电厂和核电站的运行效率，也可以确保工艺的安全性和可持续性。

【4】CFD在新能源领域中的应用随着新能源技术的发展和应用，CFD在新能源领域中的应用也日益重要。

CFD可以用于模拟和优化风力发电机的风叶和传动系统，改善发电效率和可靠性。

另外，CFD还可以用于太阳能光伏板的优化设计和光热转换设备的性能改进。

通过CFD的模拟和分析，可以更好地了解新能源设备的流体力学特性，提高能源转换效率和利用率。

【5】CFD在能源和动力系统建模中的展望当前，CFD在能源与动力工程中的应用已取得了显著的成果，但仍存在一些挑战和待解决的问题。