摘 要:利用SolidWorks中附帶的CFD插件Flow Simulation,對廢氣收集風(fēng)道進(jìn)行流場模擬,分析結(jié)構(gòu)修改對氣體流動軌跡產(chǎn)生的影響,使其結(jié)構(gòu)更有利于平衡多個進(jìn)氣口的流量。
關(guān)鍵詞:SolidWorks Flow Simulation;風(fēng)道;流場模擬
隨著多項環(huán)保政策的連續(xù)出臺,我國大氣污染情況日益受到重視。其中車間廢氣占有很大的比例;排放口多,大小不一,分布不均是其顯著特點(diǎn)。一般采用集氣罩收集處理,為達(dá)到理想的收集效果,需平衡各罩口壓力,才能滿足廢氣收集要求。而風(fēng)道的結(jié)構(gòu)設(shè)計,對各個集氣罩口壓力的影響非常大,通常采用風(fēng)道沿程阻力計算來確定。
Flow Simulation是知名三維設(shè)計軟件SolidWorks中流體分析插件,可以進(jìn)行數(shù)據(jù)上的無縫鏈接。SolidWorks Flow Simulation流體仿真軟件去除了一般CFD軟件的復(fù)雜性,可以讓設(shè)計者快捷地仿真對設(shè)計至關(guān)重要的流體流動、傳熱和流體作用力,模擬真實條件下的流體流動,并快速分析流體的運(yùn)動、傳熱和相關(guān)作用力的影響【1】,解決實際問題,提高工作效率。
在風(fēng)道設(shè)計中,F(xiàn)low Simulation的使用【2】,讓設(shè)計者更直觀地觀察風(fēng)道內(nèi)的氣體流動情況,并能顯示各部位的壓力、流量情況,幫助設(shè)計者更快、更準(zhǔn)的改進(jìn)結(jié)構(gòu),達(dá)到設(shè)計要求。
某橡膠制品企業(yè),有4臺橡膠煉制機(jī),分散布置。需對其散發(fā)出的異味氣體收集處理。根據(jù)相關(guān)規(guī)范計算得出,這4臺設(shè)備的收集風(fēng)量分別為97、65、65、103m3/min,總風(fēng)量330m3/min。
1.原始模型分析
根據(jù)每臺設(shè)備的排風(fēng)量,初步按11m/s的管內(nèi)流速,計算出各段風(fēng)道的直徑,取整分別為450、350、350、450mm,總管直徑800mm。三維建模見圖1。本文主要分析修改風(fēng)道的結(jié)構(gòu)設(shè)計,吸風(fēng)罩暫不做分析。
新建內(nèi)部分析模型,流體為空氣,風(fēng)道表面粗糙度50μm,其余為默認(rèn)值。風(fēng)道出口設(shè)置為出口體積流量5.5m3/s,進(jìn)口均設(shè)置為環(huán)境壓力。
將四個進(jìn)氣口設(shè)為體積流量,出氣口和末端進(jìn)氣口設(shè)為靜壓平均值,增加方程目標(biāo)為兩個靜壓值相減,以上目標(biāo)均用于控制目標(biāo)收斂。
全局網(wǎng)格精度6級,劃分成354193個網(wǎng)格,運(yùn)行項目。
加載結(jié)果,插入流動跡線,如圖1所示。從圖上可以看出,整個風(fēng)道風(fēng)速在6~15m/s之間,管內(nèi)空氣流動均勻,未存在渦流現(xiàn)象。
插入目標(biāo)圖,體積流量1~4分別為117.06、59.64、56.36、95.46 m3/min,與設(shè)計值偏差分別為20.68%、8.25%、13.23%、7.32%,方程目標(biāo)162Pa。進(jìn)氣管1進(jìn)氣量比設(shè)計值超出20%,這一現(xiàn)象的原因是由于進(jìn)氣管1靠近出氣口,三通位置與進(jìn)氣口壓差較大,導(dǎo)致管內(nèi)流速增加,流量增大,從而使其他進(jìn)氣口流量不同程度的減小。
2.改進(jìn)模型分析
根據(jù)原模型的分析結(jié)果調(diào)整風(fēng)道結(jié)構(gòu),進(jìn)氣口1直徑改為400mm,進(jìn)氣口2、進(jìn)氣口3先合并后匯入總管,進(jìn)氣口4及總管大小不變。
再次對修改后的風(fēng)道進(jìn)行分析,加載分析結(jié)果,插入流動跡線如圖2。
體積流量1~4分別為100.61、62.42、62.24、105.19m3/min,與設(shè)計值偏差分別為3.72%、3.97%、4.25%、2.13%,方程目標(biāo)172Pa。修改后的風(fēng)道各進(jìn)氣口風(fēng)量與設(shè)計值偏差均在5%以內(nèi),符合設(shè)計要求。風(fēng)道的壓力損失172Pa。
3.結(jié)束語
通過軟件的分析,可以從后處理中得到想要的結(jié)果。從結(jié)果中可以看出分析對象的改進(jìn)方向,并減少了以往復(fù)雜的計算,減輕設(shè)計人員的工作量,提高工作效率。
通過與工程實踐的比較證明了Flow Simulation在分析風(fēng)道內(nèi)氣流仿真的適用性,同時也表明了風(fēng)道改進(jìn)后其結(jié)構(gòu)的合理性。
Flow Simulation與其他CFD軟件相比具有操作簡單,數(shù)據(jù)交換性好、功能實用等優(yōu)點(diǎn)。通過其向?qū)Чδ芸梢栽诙虝r間內(nèi)學(xué)會使用方法,特別適合一線工程師使用。
參考文獻(xiàn):
[1]陳超祥,葉修梓.SolidWorks Flow Simulation教程.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2011
[2]陳超祥,胡其登.SolidWorks Flow Simulation教程.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2013
作者簡介:
李國峰(1987.02),男,漢族,籍貫黃山,學(xué)歷大專,職稱助理工程師,工作單位杭州至柔環(huán)保科技有限公司,研究方向廢氣治理。