風速模擬
關注創建者：張大人 創建時間：2019-04-16
風速模擬的實例教程
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。
展開 本期主要介紹采用Fluent軟件對于室內空氣流動情況進行分析案例：
如圖所示為分析模型的示意圖：
將模型導入fluent中，針對于圖中的窗口和門洞可以通過實地情況模擬不同窗戶開啟和風向風速變化條件下室內空氣流速變化情況，對于空氣流速分析較為簡單這里不再詳述，分析后可以得到室內空氣的速度分布云圖和空氣流動軌跡圖如下圖所示：
對于速度場模擬不再做詳述，接下來主要對于空氣齡模擬進行講述，空氣齡的計算是要基于對于空去流速分析結果之上的，上文已經得到穩態后室內空氣流動的cas和dat文件，將其導入fluent之中。
define——user-defined——functions——interpered導入空氣齡計算的UDS文件，
設置UDS參數如下圖所示：
在材料庫中對于空氣做如下設置：
對于計算區域做如下操作：
基于上文流速的分析結果這里求解只選擇UDS空氣齡求解：
初始化流場：
最終可得空氣齡模擬云圖：
本文的cas和dat文件UDS函數見附件
展開 <p class="ql-align-center"><br></p><p class="ql-align-justify"><span style="background-color: rgba(18, 18, 18, 0); text-align: left;">1、 項目簡介</span></p><p class="ql-align-justify">陶瓷濾筒除塵器為單室設計，有獨立的進氣管道，整體進風形式為下側進氣上出氣，由于陶瓷濾筒本身的結構屬性，在保證其清灰特性及阻力要求時，濾筒表面的覆灰均勻性更為關鍵，此時對濾筒底部的氣流均勻性要求就很嚴格，為保證濾筒的收塵效率，通過選擇合適的下側進氣方式，需要做到進入濾筒區域時氣流速度均勻，濾筒表面速度分布均勻，做CFD模擬，對原結構均流形式進行分析，并優化設置合適的均流板以達到上述目標。</p><p>2、 模型及邊界</p><p class="ql-align-justify">建立水平和斜向兩種進氣形式收塵模型如下：</p><p class="ql-align-center"><img src="https://img.jishulink.com/msimage/202503/94d97afcacad4965cb75acf3863ea69b.png"></p><p class="ql-align-center">三維模型</p><p class="ql-align-justify">濾筒底部切面距離濾筒底部的距離為400mm，更能反映煙氣在進入濾筒區域時的運動及分布狀態。</p><p class="ql-align-justify">選擇進口對側中部的濾筒作為特征濾筒，一般此處為高風速區域，更具有代表性。
展開 <p class="ql-align-center"><br></p><p class="ql-align-justify"><strong>一、項目簡介</strong></p><p class="ql-align-justify">半干法脫硫袋除塵器10個灰斗，其中每個灰斗對應2個袋室，共計20個袋室，在合理的結構下保證20個室的合理分風尤為關鍵，另外，進氣方式為袋室側板進風，此種進風方式可能導致袋室內局部區域出現高風速磨蝕濾袋，造成濾袋破損。針對目前該袋除塵器（含進出口管道）進行CFD模擬，分析其流場的各項參數，通過局部結構及導流調整，確保袋除塵器袋室分風、袋體表面風速滿足要求。</p><p><strong>典型流程</strong>：</p><ul><li>煙氣 → 半干法脫硫塔（噴入石灰漿+循環灰）→ 袋式除塵器 → 凈煙氣排放。</li></ul><p><strong>模擬目標</strong>：</p><ul><li>脫硫塔內氣固混合均勻性（影響SO?反應效率）（本項目不做模擬）。</li><li>除塵器內氣流分布均勻性（防止濾袋局部過載或磨損）。</li><li>系統壓降優化（降低風機能耗）。
展開 重疊網格+6自由度(6DOF)模擬側風作用(低風速)下的圓柱自由落體
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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
<p class="ql-align-center"><br></p><p class="ql-align-justify"><strong>一、項目簡介</strong></p><p class="ql-align-justify">半干法脫硫袋除塵器10個灰斗，其中每個灰斗對應2個袋室，共計20個袋室，在合理的結構下保證20個室的合理分風尤為關鍵，另外，進氣方式為袋室側板進風，此種進風方式可能導致袋室內局部區域出現高風速磨蝕濾袋
<p class="ql-align-center"><br></p><p class="ql-align-justify"><span style="background-color: rgba(18, 18, 18, 0); text-align: left;">1、 項目簡介</span></p><p class="ql-align-justify">陶瓷濾筒除塵器為單室設計，有獨立的進氣管道
其近地層、邊界層、次網格參數化方案對近地層風速模擬影響較大。此外，通過方程組的坐標變換來描述復雜地形，需要對地形進行不同程度的平滑，獲得計算穩定性，對于陡峭地形，可能會出現較大計算誤差。目前廣泛使用的預報模式有 MASS、WRF、MM5、RAMS、ARPS、MC2、KAMM 等。
對于復雜地形風場的精細化數值模擬，需要采用動力降尺度的方法來實現，通過預報模式和診斷模式相結合計算三維流場。
4 熱仿真分析
根據以上散熱設計方案，進行熱仿真驗證，設置環境溫度55℃，控制環境風速以模擬用戶機箱的條件，板卡模塊在典型功耗145 W工作狀態下，仿真結果如圖4、圖5所示。
該項目地形地貌表現為平原，村莊、農田、樹林分布其間，表征地形地貌的粗糙度和測風塔與機位分布圖如下：
圖1 ESA10m-2020定向粗糙度示意圖
圖2 ESA300m-2010定向粗糙度示意圖
不同粗糙度建模下，2個測風塔風速互推模擬情況如下：
表
當車輛在風洞中測試時，借由風速來模擬汽車行駛時的車速，再用測試儀器來測知這輛車需花多少力量來抵擋這風速，使這車不至于被風吹得后退。在測得所需之力后，再扣除車輪與地面的摩擦力，剩下的就是風阻了，然后再以空氣動力學的公式就可算出所謂的風阻系數。
當然了，這是一個理論值的運算公式，實際測試的時候當然還會有更多的不確定因素引入。
重疊網格+6自由度(6DOF)模擬側風作用(低風速)下的圓柱自由落體
車窗玻璃選用透明材料，模擬透射性能
? 環境條件，Editor-environ-Natural(weather)，點擊Browse選擇天氣文件（從國際氣象網站下載編譯），若天氣文件和模型文件不在同一工作目錄，則需要勾選use absolute path使用路徑
? 對流換熱條件
暴曬過程中無論是乘員艙外還是艙內均是自然對流，可以直接指定對流換熱系數或者給定一個風速來模擬自然對流
力和力曲線
通過近似阻力系數，物體上的實際拖曳力Fd以及推動它所需的功率可根據以下公式計算：
本項目中,力和功率曲線如下所示：
注意：此曲線是基于模擬風速的外推估算，
要獲得外推速度下更精確的值，請對該速度工況進行模擬
