本板式催化劑噴吹模型如圖1所示：催化劑尺寸為460 mm*460 mm*800 mm，節距為8 mm；耙式吹灰器主管內徑80 mm，耙管內徑52 mm，噴嘴中間孔徑4 mm，相鄰噴嘴間距65 mm，底部距催化劑表面高度為250 mm。

（a）

（b）

圖1 三維模型

其中：以耙管垂直中心面為對稱面，只顯示模型的一半，在保證計算精度的基礎上，減少網格數量，節省計算資源。

二、網格劃分及Fluent計算設置

Fluent超音速計算的方法主要包括網格劃分、邊界條件的設定、數值求解和后處理。首先，需要將計算域進行網格劃分、將氣體流動區域劃分為有限數量的網格單元。然后，需要根據實際問題和流動特性設定邊界條件，接下來利用數值方法對Navier-Stokes方程組進行離散化和求解，得到流場的數值解。最后通過后處理對數值解進行分析和可視化，得到流場參數和氣動特性。

2.1 網格劃分

本文應用ansa軟件對模型進行網格劃分，網格劃分質量會對模擬結果的精確度以及運算時間產生影響，本項目中噴嘴模型較小，需對該處網格進行局部加密，網格尺度為0.5mm，采用六面體網格；催化劑采用結構性網格，網格尺度為3mm，耙管及其他部分網格尺度為5mm，網格生成方式為Tetra FEM，總網格數量約1700萬。

圖2 噴嘴網格

2.2 控制方程

超音速流場的流動屬于高雷諾數湍流，本文采用 k-ε系列的 Standard k-ε 模型，Standard k-ε 模型被廣泛應用于工程流場計算，具有廣適性、成本低以及精度高的優點，采用有限體積方法來離散控制方程。壓力與速度之間的耦合通過SIMPLE算法來處理。

在流體流動中，連續方程是質量守恒定律的表現。連續性方程對于粘性流體及非粘性流體是完全相同的。

（1）連續方程：

（2.1）

（2）動量方程

在流體力學中，動量方程是動量守恒定律的表現形式。動量方程為：

（2.2）

（3）湍流方程

由于準確的描述湍流隨時間的變化規律比較困難，雷諾研究湍流的平均運動，相應的 N-S 方程變為雷諾平均的N-S 方程。下面是雷諾平均 N-S 方程中的動量方程：

（2.3）

2.3 邊界設置

計算域的煙氣入口采用速度進口(Velocity-inlet)，速度為3m/s；耙管入口采用壓力入口條件 (Pressure inlet), 計算域的出口采用壓力口 (Pressure-outlet), 耙管垂直中心面采用對稱面邊界 (symmetry), 計算域其他邊界采用無滑移壁面條件 (Wall)。

采用FLUENT軟件中提供的可實現Realizable k-ε 湍流模型對上述工況條件下的超音速射流流場進行數值模擬。流場計算采用Simple算法，基本方程離散差分采用如下格式：壓力相方程采用Standard格式，動量方程、湍動能方程和湍動能耗散率均采用一階迎風格式。

三、計算結果