柱式气液旋流分离器设计

柱式气液旋流分离器结构设计
柱式气液旋流分离器设计
【摘要】平衡钻井技术有利于防止钻井液漏失、能及时发现和保护油气层，并能提高机械钻速等。

但是由于欠平衡装备价格昂贵，制约着这一技术的发展。

鉴于这种现状，自行设计了台应用于欠平衡钻井的管柱式气液旋流分离器。

管柱式气液旋流分离器是一种带有倾斜切向入口及气体、液体出口的垂直管。

它依靠旋流离心力实现气、液两相分离，与传统的重力式分离器相比，具有结构紧凑、重量轻、投资节省成本等优点，是代替传统容积式分离器的新型分离装置。

在气液两相旋流分析的基础上，建立了预测分离性能的机理模型，该模型包括了入口分离模型、旋涡模型、气泡及液滴轨迹模型；依据机理模型，提出了管柱式旋流分离器工艺设计技术指标和工艺步骤.设计根据管柱式旋流分离器的机理模型以及设计工况，完成了管柱式旋流分离器的结构设计、强度分析、理论校核、焊接工艺设计以及分离器内气液两相流的数值模拟，为工程设计和理论设计提供一定的理论依据。

【关键词】欠平衡钻井技术旋流分离器气液两相流动分离机理
模型设计
Gas-liqulid Cylindrical Cyclone
Author: Wang maohui(School of Mechanical Engineering, Yangtze University) Tutor: Feng Jin (School of Mechanical Engineering, Yangtze University)
【Abstract】The balanced well drilling technology is advantageous in preventing loss of circulation, can promptly discover and protect hydrocarbon zone ,also can enhance the penetration rate. But the expensive under balance equipment has restricted this technology’s s development. In view of the situation,I designed a gas-liqulid cylindrical cyclone independently for the balance under drilling .The GLCC is one kind has leans the bevelling to the entrance and the gas, the liquid exportation hangs the ascending pipe. It can realize the gas-lip fluid separation depends upon the cyclone centrifugal force. compared with the traditional gravity type separator, which has the compact structure, the lighter weight, the smaller investment and so on.It’s a new disengaging equipment which replace the traditional volume type separator. On the basis of the gas-liquid two-phase cyclone analyses , has established the forecast separation performance mechanism model, this model include the entrance separation model, the whirlpool model, the air bubble and the bubble path model; Based on the mechanism model, proposed the tube column type cyclone separator technological design technical specification and the craft step.The design basis tube column type cyclone separator mechanism model as well as the design operating mode, has completed the tube column type cyclone separator structural design, the intensity analysis, the theory examination, in the welding technological design as well as the numerical simulation of the gas-liquid two phase floe in the separator simulations, provide the certain theory basis for the engineering design and the theoretical design.
【Key words】:Under balanced drilling technology ，cyclone separator, Gas-Liquid two-phase flow, separation mechanism odel ，Design
柱式气液旋流分离器结构设计
目录
柱式气液旋流分离器设计 (1)
绪论 (2)
欠平衡钻井技术的发展现状和前景 (5)
1、设计背景 (6)
1.1 选择气液旋流分离器的意义 (6)
1.2 气液旋流分离器的国内外研究现状 (7)
2、方案论证 (8)
2.1 旋流式气液分离方案的可行性 (8)
2.2 旋流式分离器的结构及工作原理 (9)
2.3 旋流式分离器的优缺点 (9)
3、结构分析及设计 (10)
3.1 入口设计分析 (10)
3.1.1入口管分析 (10)
3.1.2入口喷嘴分析.............................................................. 错误！未定义书签。

3.1.3双入口分析.................................................................. 错误！未定义书签。

3.2主体结构设计分析.................................................................. 错误！未定义书签。

3.2.1入口位置...................................................................... 错误！未定义书签。

3.2.2最佳外形比.................................................................. 错误！未定义书签。

3.2.3旋流体锥度.................................................................. 错误！未定义书签。

3.3 出口管设计分析..................................................................... 错误！未定义书签。

4、柱式气液旋流分离器参数设计....................................................... 错误！未定义书签。

4.1 计算分离器直径...................................................................... 错误！未定义书签。

4.2分离器的高度计算.................................................................. 错误！未定义书签。

4.2.1确定上半部分的高度.................................................. 错误！未定义书签。

4.2.2计算入口分流区的高度.............................................. 错误！未定义书签。

4.2.3计算旋涡区的高度...................................................... 错误！未定义书签。

4.2.4气泡轴向距离计算...................................................... 错误！未定义书签。

4.3分离能力计算.......................................................................... 错误！未定义书签。

①径向方向上....................................................................... 错误！未定义书签。

②竖直方向上....................................................................... 错误！未定义书签。

4.4液面高度的确定...................................................................... 错误！未定义书签。

4.4.1 气室压力p1的确定................................................... 错误！未定义书签。

4.4.2液面高度Z2的确定.................................................... 错误！未定义书签。

4.5入口管的设计计算................................................................... 错误！未定义书签。

4.6筒体强度设计........................................................................... 错误！未定义书签。

4.6.1 设计参数....................................................................... 错误！未定义书签。

4.6.2 筒体厚度设计............................................................... 错误！未定义书签。

4.7法兰的校核计算...................................................................... 错误！未定义书签。

4.7.1排气管法兰校核计算.................................................. 错误！未定义书签。

4.7.2排液管管法兰校核计算.............................................. 错误！未定义书签。

5、气液两相流场的数值模拟 (14)
5.1 数值计算方法简介 (14)
5.1.1 控制方程 (15)
5.1.2湍流模型 (16)
5.1.3多相流模型 (18)
5.1.4 数值计算方法 (19)
5.1.5 边界条件的处理 (20)
5.2 计算前处理 (20)
参考文献 (21)
柱式气液旋流分离器结构设计
1、绪论
1.1欠平衡钻井技术的发展现状和前景
欠平衡钻井技术就是在钻井过程中,利用自然条件和人工手段在可以控制的条件下使钻井流体的循环液柱压力低于所钻地层的孔隙压力,以实现所谓的“边喷边钻”,这种钻井工艺技术叫欠平衡钻井。

欠平衡钻井技术最初是从美国得克萨斯州发展起来的.80年代以来,由于研制成功了旋转防喷器及其它欠平衡钻井配套设备,欠平衡钻井技术得到了大规模推广应用,在实施过程中,工艺和设备又不断的完善和提高,目前已经成为一项比较成熟的技术.在加拿大,由于与普通钻井相比,欠平衡钻井有多方面的优越性,加上政府的鼓励政策,因此欠平衡钻井技术发展很快,1992年采用欠平衡钻井技术完成30口井,1993年达到120口,1994年和1995年分别完成230口和330口.
我国开展欠平衡钻井的研究起步较晚,但近年来随着塔里木油田解放128井、轮古2井、轮古2-0井、轮古2-2井、轮古4井、轮古2-1C井,大港油田板深7、板深8等井采用欠平衡钻井技术取得良好的开发效果和勘探突破,引起了人们对这项技术的极大兴趣.新疆、中原、胜利等油田也取得了一定的经验.目前很多油田都把欠平衡钻井技术作为钻井、开发技术的一个方向.正在积极从装备和技术上做准备工作,争取用欠平衡钻井技术取得好的勘探和开发效果.另外一方面,国际钻井招标也越来越多地要求采用欠平衡钻井技术,也将促进我国欠平衡钻井技术的发展.
在未来钻井技术发展中,欠平衡钻井技术将同水平井、分枝井、连续油管钻井等技术一样,成为一种趋势.美国能源部和Maurer工程公司共同发展的一项调查表明，到2005年，美国国内采用欠平衡钻井技术完成的钻井数量将占到总钻井数量的30%，而且比较乐观的预测则是37%。

随着信息、装备的不断完善和市场的不断推动，我国欠平衡钻井的数量也将稳步攀升。

在钻井过程中，实现对油气层的充分暴露和保护，有利于发现油七层和增加油井产量，欠平衡钻井所具有的一些优势较好地适应了这种需要。

同时欠平衡钻井与常规过平衡钻井相比，其具有的优点优点有：（1）可以减轻或消除钻井液对地层的危害；（2）良好的地层显示，有利于达到勘探目的；（3）增加了防喷能力，降低了井喷失控的风险；（4）可以大幅度地提高钻速；（5）可以降低井漏风险，节约钻井成本；（6）可以减少压差卡井风险；（7）可以钻井过程中生产油气；（8）可以对地层进行较为准
确的评价。

在欠平衡钻井过程出于安全的考虑和钻井工艺的特殊要求，除了所用的地面常规地面装备像氮或压缩气供应装置、容积小且压力大的注液泵、液-气混合管汇、节流管汇、钻屑或钻井液取样器、化学剂注射泵、采油分离系统和自动燃烧气体系统等，还需要一些专业设备，主要有高压旋转分流器-防喷器系统、液流导向系统、地面分离系统、隔水管帽旋转防喷系统、实用隔水管装置、模拟软件、地面数据采集系统。

但是国内欠平衡钻井装备开发能力还很低,只有少数厂家可以生产专业装备,常规和关键设备几乎全部是依靠进口.
近几年来,欠平衡钻井技术在国内得到了充分的推广,并且取得了良好的效果和显著的经济效益.然而,昂贵的欠平衡装备是制约着这项技术的障碍,欠平衡装备配套国产化是国内众多厂家关注的焦点.液气分离器是欠平衡装备配套中的一大关键设备,其作用是将井筒内循环出来的气体与液体分离,从而保持正常的钻井工作。

目前国内仅有的几台欠平衡装备中的液气分离器大都是从美国进口的,价格极其昂贵。

同时考虑到目前的石油工业主要依靠常规容器式分离器来处理井口油/气/水采出液。

但经济性和操作压力条件不断要求其寻找新型高效、低成本的小型分离器,特别是在海上油田。

与容器式分离器相比,诸如柱状气\液旋流器(GLCC)等小型分离器具有结构简单、价格低廉、重量轻等特点,基本不需任何维护,而且易于安装及操作。

针对这一现状,本设计自行设计一台适应欠平衡钻井施工的管柱式液气旋流分离器。

1.2 设计背景
1.2.1 选择气液旋流分离器的意义
石油石化工业中，为了满足计量，加工储存和长距离运输的需要，必须将石油按液体和气体分开，这个过程一般在分离器和塔中进行，因此气液分离器是油田和炼油厂中使用最多，最重要的压力容器设备之一。

随着陆地及近海油气资源逐渐减少甚至枯竭,为满足日益增长的能源需求,世界发达国家将油气资源开发重点投向了深海。

平台是海上采油的主要生产设施。

海洋平台上的主要工艺设备有油、气、水处理和注水供水设备等,分离器即是海上油田的油、气、水通常采用的处理设备之一。

从进口采油树出来的原油和天然气都是碳氢化合物的混合物。

天然气是由分
柱式气液旋流分离器结构设计
子量较小的组分所组成，在常温常压下呈气态；原油分子由分子量较大的组分所组成，在常温常压下呈现液态。

在油田的高温高压条件下，天然气溶解在原油中。

当油气混合物从地下沿井筒向上运动到达井口续而沿出油管，集油管流动时，随着压力的降低，溶解在液相中的气体不断洗出，并随其组成，压力和温度条件形成了一定比例的油气共存混合物。

并且原有和天然气混合物中还含有其他杂质。

为了满足产品计量，平台处理，储存，外输和使用的要求，有必要进行处理，而通过油气分离则是必要的一个步骤
综上所述，油气分离在石油工业中占据了很重要的地位，然后油气分离技术仍然处于发展中，需不断完善。

1.2.2 气液旋流分离器的国内外研究现状
气液分离器的发展大体分为三个阶段，早期出现并大量使用的是传统的容器式分离器（立式或者卧式）与凝析液捕集器。

经过几十年发展，该技术已经基本成型。

当前研究重点放在研制高效的内部填料以提高其分离效率。

容器式分离器主要靠重力和气液相密度差实现分离。

效率较低且设备体积大，笨重，投资高。

新型分离器柱状气液旋流分离器。

Gas—LiquidCylin—dricalCyclone，简写GLCC。

与传统的容积式分离器相比，他具有结构紧凑，能耗低，质量轻，应用方便等优点。

同时可明显降低轻烃的残留量。

拄状气液旋流器(GLCC)是带有倾斜切向入口和气体及液体出口的垂直管，切向液流由入口进入GLCC后形成的旋涡产生了作用于液体的离心力和浮力，其数值比重力要高出许多倍。

重力、离心力和浮力联台作用将气体和液体分离开。

液体沿径向被推向外侧，并向下由液体出口排出；而气体则运动到中心，并向上由气体出口排出。

这一低成本、重量轻的小型GLCC分离器在替代常规容器式分离器方面具有很大的吸引力。

对GLCC与常规容器形立式和卧式分离器在尺寸方面的差别进行对比，油和气的流量分别为100000bb|／d和70000Msef／d，表压力为100psi。

在这种情况下，需要的GLCC的内径及高度尺寸分别是5ft和20ft，相当于同等规模的常规立式分离器(9ft×35ft)的一半左右，相当于常规卧式分离器(19ft×75ft)的四分之一左
右。

目前的石油工业主要依靠常规容器式分离器来处理井口油／气／水采出液。

但经济性和操作压力条件不断要求其寻找新型高鼓、低成本的小型分离器，特别是在海上油田。

然而，在GLCC性能预测方面存在的不足限翩了其推广应用范围。

目前R＆D公司正在建立必要的性能预测工具，以便对GLCC分离器进行合理地设计和操作。

目前已制造出许多GLCC产品，
用于相对简单的应用当中。

对GICC的应用及要求迅速增多。

几家公司正在将GLCC加入到他们的小型分离器生产线上。

另外，现在已有采用GLCC和一个二级卧式分离器的商用多相计量系统。

日益增长的工业需求将促进其进一步商业化。

GLCC技术对石油工业最大的冲击可能在海洋分离方面的应用。

具有切向入口的立式分离器在油田中已经相当普遍。

目前GLCC的技术主要在下面几方面能够有所改进：
1、入口设计（倾斜入口，入口喷嘴设计，双入口设计等）
2、主题结构（入口位置，最佳外形比，旋流体锥度。

）
3、液面控制
4、整体分离系统
5、辅助系统改进
2、方案论证
2.1 旋流式气液分离方案的可行性
目前分离器的种类繁多，分类方法也很多，主要按分离介质不同可分为固液分离器、气液分离器和液液分离器，按分离原理可分为重力式分离器、管式分离器和旋流式分离器。

目前对分离器的理论和实践研究已比较深入，对内部流动规律也了解很多。

经过不断的研究，在常规式分离器的基础上，又出现了很多适用于各种场合的新型分离器。

柱式气液旋流分离器结构设计
旋流分离器(简称旋流器) 的发明、应用已有约一个半世纪
了。

开始,只用于选矿过程中的固液分离和固固分离2分级,后来
发展到固气分离,液气分离等。

到20世纪80年代末,这种旋流分
离器被用于石油工业中的产出水除油,取得了满意的效果。

虽然
旋流分离技术在气液分离方面的应用要晚得多,但已显示出了其体积小、快
速、高效、连续操作等方面的优越性。

2.2 旋流式分离器的结构及工作原理
旋流分离器，是一种利用离心沉降原理将非均
相混合物中具有不同密度的相分离的机械分离设
备。

旋流分离器的基本构造为一个分离腔、一到两
个入口和两个出口。

分离腔主要有圆柱形、圆锥形、
柱-锥形三种基本形式。

入口有单入口和多入口几
种，但在实践中，一般只有单入口和双入口两种。

就入口与分离腔的连接形式来分，
入口又有切向入口和渐开线入口两种。

出口一般为两个，而且多为轴向出口，分布在
旋流分离器的两端。

靠近进料端的 图2-1
为溢流口，远离进料端的为底流口。

在具有密度差的混合物以一定的方式及速度从入口进入
旋流分离器后,在离心力场的作用下,密度大的相被甩向四周,并顺着壁面向下运动,作为底流排出；
密度小的相向中间迁移，并向上运动，最后作为溢流排出，分离示意图如图1。

这样就达到了分
离的目的。

旋流分离技术可用于液液分离、气液分离、固液分离、气固分离等。

本文设计的旋流分离器用于石油钻井中钻井液的气液分离。

2.3 旋流式分离器的优缺点
在石油化工中装置中，有各种各样的分离器，其中以立式重力气液分离器最为常
见，这种气液分离器具有结构简单、操作可靠等持点。

立式重力式分离器的主体为一
立式圆筒体，多相流一般从该筒体中段进入，顶部为气流出口，底部为液体出口，其
结构简图见图2-2。

虽然旋流式气液分离技术在石油化工方面的应用要晚得多，但与常规的重力式分
离相比较，它具有很多优点：
① 分离效率高，由于分离原理的不同使得旋流式分离器具有很高的分离效率；
② 成本低，占用空间较小、维护费用少、能耗低、不需要任何帮助分离的介质； 液体
气体
气液
混合体
③ 安装灵活方便，旋流器可以任何角度安装；
④ 工作连续、可靠,操作维护方便,一旦设计、调试好,就可自动、稳定地工作。

旋流式气液分离器有以上优点，但也有如下缺点:
① 由于旋流器内流体的流动产生一定的剪切作用，如果参数设计不当，容易将液滴
(油滴或水滴) 打碎乳化而恶化分离过程；
② 通用性较差。

不同的分离要求、不同的处理物料的性质往往需要不同结构尺寸或操作条件的
旋流器，因此旋流器往往不能互换使用。

在欠平衡钻井中，使用旋流式气液分离器分离钻井液中
的气体，能充分发挥该离器优点，同时又能有效的避免它的缺点。

因此，旋流式气液分离用于分
离钻中的气体具有广阔前景。

3、结构分析及设计
3.1 入口设计分析
由于管柱式旋流分离器主要依靠旋流产生的离心力实现气液的高效分离,而入口
结构决定了分离器的气液分布及其初始切向入口速度的大小,因此入口结构和尺寸是
影响管柱式旋流分离器实现气液分离的关键因素。

管柱式旋流分离器入口主要由入口
管、喷嘴和入口槽3部分组成。

3.1.1入口管分析
气液相流速的不同,油气两相或油气水多相流在入口管内可能呈现分层流、段塞
流、分散气泡流或环状流等多种流型。

实验研究表明,采用向下倾斜的入口管,保证入
口管流型呈现分层流将在很大程度上改善气液分离效果,扩展管柱式旋流分离器的适
用范围。

而传统分离器采用的入口结构通常为垂直于筒体的结构(目前很多分离器采
用的分气包亦为类似结构),采用垂直结构的管柱式旋流分离器实验证明,与倾斜向下
的入口结构相比,气液分离效果明显变差,工作范围大约减小一半。

入口管向下倾斜,
在重力作用下有利于形成分层流,实现气液两相的初步分离,同时,向下的倾斜结构使
经过初步分离的液相在入口下方旋转一圈后形成旋流场,避免了对气相向分离器上方
运动的阻塞。

故入口管采用倾斜入口.
入口管倾角以-27°为宜,管长取1.0～1.5ｍ,入口管直径的选取应保证流型为分层流,
由Taitel 和Dukler 预测模型确定,分层流转变为间歇流或环状流的判别准则为:
1)])(~~[(222≥l
l g g dh dA A c U F （3.1.1） 式中： 2/1)(c o s ~g l g
sg gd U F ρρρβ-= D
h c l -=12
柱式气液旋流分离器结构设计
2)12(1~~--=l l l h h d A d g g A U ~/4
~π= ])1~2(1)1~2()1~2([cos 25.0/~212-----==-l l l g g h h h D A A D
h h l l =~
故max min s s s <<，即所选螺柱直径符合安装和密封要求
3.管道法兰强度计算
预紧时螺柱载荷：W=N A A b m b 3.422292
117)85.120601(2])[(=⨯+=+σ mm D D h G b G 75.24)5.65115(5.0)(5.0=-⨯=-=
M 1=N Wh G 2.10451000
75.243.42229=⨯=
. m 操作时
垫片载荷：、N mp bD H c G G 11.678732.125.6525.622=⨯⨯⨯⨯⨯==ππ 压力载荷：N p D H c
I D 5.2590432
.150422=⨯⨯==ππ
mm g D D h i b D 28)950115(5.0)(5.01=--⨯=--= 介质静压轴向载荷：N p D D H c
i G T 1855432
.1)505.65(4)(2222=⨯-⨯=-=ππ
mm h g R h G T 6.25)75.2495.17(5.0)(5.01=++⨯=++=
作用在法兰端面上的总力矩：
m N h H h H h H M G G T T D D .2881000
)75.2411.67876.251855285.2590(2=⨯+⨯+⨯=++=212.1045150
1502.1045.][][M M f t
f
>=⨯=σσ m N M M .2.1045:1==∴法兰的计算力矩 法兰应力及度校核 法兰形状系数：mm g D h I 3.1765000=⨯==
578.03
.17100==h h 5.16
901==g g 根据文献[28]查表（5-28），（5-29），（5-30），（5-31）得：
f=1.00 F=0.84 V=0.32 T=1.32 U=2.5 Y=2.32 Z=1.40
于是 0486.03.1784.00===
h F e 3220016.486563.1732
.05.2mm g h V U d =⨯⨯== 43.56
.48652500.110486.0251313
=++⨯=++=d T e δδλ ∴轴向应力：MPa g D fM i z 11.065043.52.104500.1221=⨯⨯⨯==
λσ 径向应力：
MPa e D M i r 016.0)0486.02533.11(255043.52.1045)33.11(2
2=⨯⨯+⨯⨯=+=δδλσ
柱式气液旋流分离器结构设计
周向应力：056.0016.040.125502.104532.22
2=⨯-⨯⨯=-=r i t Z D YM σδσMPa MPa T F Z 225
1505.1][5.1=⨯=<σσ MPa t
f r 150][=<σσ
MPa t
f t 150][=<σσ
t
f r
Z MPa ][063.02
016.011.02σσσ<=+=+
∴ 拟定法兰尺寸及选材合适，可安全使用
因为管道法兰的内径符合工称直径系列，应选用标准管道法兰。

根据参考文献[24]管道法兰标准选用公称压力为1.6MPa 带颈平焊法兰，材料：16Mn,常温下允许的工作压力为1.6MPa.管道法兰标记：管法兰MFM1.6-49.5 SH3406-92.
7.1筒体及筒体与封头焊接结构设计
1.筒体与筒体以及筒体与封头焊缝焊接接头型式和尺寸选用UG24(HG20583-1998).
2.根据GB/T14957-947选用焊丝的牌号H10Mn;根据GB12470-70选用焊剂的牌号HJ431型号HJ401-H08A.
3.焊接采用埋弧焊,对焊缝进行100%的射线探伤检测,要求符合GB3325-87中的Ⅱ级为合格.
7.2接管与筒体焊接结构设计
1. 筒体与接管的焊接接头型式和尺寸选用G2 GB20583-1998,其示结构如图2所示.
2. 根据GB/T518-95《低合金钢电焊条》选用焊条牌号J502，型号E5003。

3. 焊接采用手工电弧焊,对焊缝进行100%的射线探伤检测,要求符合GB3325-87中的t
f t
Z MPa ][083.02056.011.02σσσ<=+=+
Ⅱ级为合格.
7.3带颈平焊法兰与接管焊接结构设计
1.带颈平焊法兰与接管焊接接头尺寸选用F6(JB4700~4703-92),其结构如图4所示。

2.根据GB/T518-95《低合金钢电焊条》选用焊条牌号J507，型号E5015。

3.焊后对焊缝进行100%的射线探伤检测,要求符合GB 3325-87中的Ⅱ级为合格.
5、气液两相流场的数值模拟
5.1 数值计算方法简介
计算流体力学作为流体力学研究中的一门新兴分支，正在工业和科研领域内发挥越来越重要的作用。

将CFD工具运用到分离机械的研究中，也成为工程技术人员改进设计、提高效率的有效手段，是CFD应用的前沿。

一些成熟的算法，模型也以商业
柱式气液旋流分离器结构设计
软件的形式出现在工程及科研领域。

相比研究单位自行开发的计算程序，商业计算软件一般具有以下特点：
● 通用性广。

由于商业软件面向的用户对象广泛，处理的实际问题多种多样，
因此其覆盖的应用范围要尽可能广。

● 计算稳定性好。

多数软件经过不同研究领域内的算例测试，对不同类型的问
题具有较好的适应能力。

● 使用方便，商业软件都提供了比较友好的用户界面，方便用户的使用。

一般商业软件也存在一些明显的不足，例如：算法相对陈旧，不能紧跟CFD 研究领域内的最新成果；与不同行业内的实际要求存在一定的距离，难以将各研究单位已有的研究成果结合到商业软件中。

这在一定程度上限制了商业软件在工程实际中的应用。

本文运用Fluent 软件对离心是分离器的内流场进行分析计算，Fluent 公司是享誉世界的最大计算流体力学（CFD ）软件供应商，Fluent 软件能够精确地模拟无粘流、层流、湍流、化学反应、多相流等复杂的饿流动现象。

应用领域包括：航空航天、汽车设计、生物医药、化学处理、石油天然气，发电系统、电子半导体、蜗轮设计、HVAC 、玻璃加工等。

FLUENT 具有精度高，收敛快，稳定性好等特点，同时可通过添加拥护自定义的函数（UDF ）解决实际具体问题。

Gambit 是前置处理器，能针对极其复杂的几何外行生成三维四面体，六面体的非结构化网络及混合网络。

该模块还具有方便的网络检查功能，对网络单元体积、扭曲率、长细比等影响收敛和稳定的参数进行统计并生成报告。

5.1.1 控制方程
对于所有的流动问题，FLUENT 需要求解质量和动量守恒方程。

对于热传导或可压缩流动，需要解能量守恒的附加方程。

对于包括组分混合和反应的流动，需要解组分守恒方程或者使用PDF 模型来解混合分数的守恒方程。

当流动是湍流是，还要解附加的输运方程。

FLUENT 可以在惯性坐标系（无加速坐标系）和具有加速度的参考坐标系（旋转坐标系）中建立流动模型。

在旋转坐标系中，通过建立一个与旋转设备一起运动的相对坐标系来建摸，近似认为流体旋转角速度为常数，旋转边界相对与参考系静止。

在旋转坐标系中，绝对速度v 或相对速度v 的关系如下：
()
r r υυ=-Ω⨯
其中 Ω ─角速度向量（即旋转坐标系的角速度）；
r ─旋转坐标系中的位置向量
旋转坐标系中的质量守恒方程（连续性方程）： ()m S t
ρρυ∂+∇∙=∂ 其中
y z
∂∂∂∇=++∂⨯∂∂ 源项S 上假如到连续性相的第二相质量（比方说由于液滴的蒸发，质量发生变化），源项也可以是自定义源项。

惯性坐标系中的动量方程：
()()()vv p g F t
ρυρτρ∂+∇=-∇+∇++∂ 其中p 是静压，τ是应力张量，ρg 和F 分别是中立体积力和外部体积力（如离散相
相互作用的产生的升力）。

F 包含了其它的模型相关源项，如多孔介质和自定义源项。

应力张量 ()
23T V V VI τμ⎡⎤=∇+∇-∇⎢⎥⎣⎦ 其中：μ─分子粘性；
I ─单位张量。

旋转坐标系中的动量方程为：
()()()
()G v vv v p g F t
ρρρτρ∂+∇+Ω⨯=-∇+∇++∂ 由于在FLUENT 中忽略了r t ρ∂Ω⨯∂ 项，因此不能用动量方程的相对速度表达式准确的计算随时间变化的角速度。

5.1.2湍流模型
湍流是由大小不同尺度的旋涡组成，对时间和空间都是非线性的随机运动。

它最本质的特征是“湍动”，既随机的脉动。

湍流流场是无数不同尺寸涡旋相互掺混的流动场。

湍流的出现影响着整个流场的速度、压力、温度和物质浓度的分布。

目前，关于紊流的数值计算可分为细观模拟和统观模拟。

完全模拟、大涡流模拟属于细观模拟。

完全模拟（Direct Numberical Simulation DNS ）在湍流尺度的网格尺寸内求解N ─S 方程而不使用任何湍流模型。

该方法必须采用很少的时间和空间步长。

如文献估算，长。

如文献估算，对一个涡旋进行数值计算，至少要设置十个节点，。