旋流分離器
關注創(chuàng)建者：18603012783 創(chuàng)建時間：2020-05-30
旋流分離器的視頻教程
PTC CREO FLOW ANALYSIS 流仿真（CFD）操作演示--內部流仿真
PTC公司CREO 7.0發(fā)布已有數月，其中搭載一個重要功能“流體仿真”，自CREO5.0開始至今，關于flow analysis的具體操作方法，網站或書刊上幾乎沒有教材出現，在參考大量零散資料的基礎上，錄制本視頻，本視頻通過對環(huán)保領域廣泛使用的“旋流分離器”和電器行業(yè)廣泛使用的“風冷式變頻器”進行內部流體仿真演示，向大家詳細介紹湍流、流線和熱仿真結果的后處理及分析。
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旋流分離器的實例教程
旋流分離器，普遍使用在各行業(yè)各領域。對于流體在旋流分離器內的仿真工作，要根據實體工件設計目的而分別對待，制定不同的仿真模式。
如上圖，如果仿真目的是研究內部流體所表現出來的速度、壓力。仿真模塊選擇“流動”即可。如果還要涉及湍能，物理模塊要增加“湍流”。使用穩(wěn)態(tài)較合適，穩(wěn)態(tài)模式主要研究流體達到穩(wěn)定的“常態(tài)”之后所表現出來的物理特性。不考慮流體達到穩(wěn)定之前的過程，即與時間無關。如上圖，旋流分離器內的流體是穩(wěn)定的流動狀態(tài)，無論何時，狀態(tài)一致。
如果仿真目的除了上述速度、壓力、湍能，還要考慮隨流體一同流動的“顆粒”，仿真模塊另外還要增加“粒子”，顆粒有多少種，粒子模塊就要增加多少個（注意，此粒子有具體質量（密度&體積），與“流線”中無質量的“粒子”有本質的區(qū)別）。穩(wěn)態(tài)的仿真模式就不能勝任了，粒子（顆粒）在隨流體“流動”過程中，粒子或沉積或隨波逐流而去，粒子和流體域隨時產生變化（注意，“隨時”兩個字），時間延長則沉積越多，可供流體占用的空間越少，直到顆粒塞滿全部腔體。流體永遠達不到常態(tài)的穩(wěn)定。所以仿真模式必須使用瞬態(tài)。瞬態(tài)仿真是建立在時間節(jié)點上的仿真，其仿真結果第一要素是時間。
瞬態(tài)仿真結果，假設，自0開始，第0.1秒結果、第0.2秒結果，第0.3秒結果... ..第1秒......第3秒，共計30個結果連續(xù)在一起，形成時間連續(xù)的動畫，如上圖，就是30個粒子瞬態(tài)仿真結果。
那么，請問，如果我想獲得一個表達3秒種的，相對質量高的動畫，應該如何調整瞬態(tài)仿真呢？
播放時長=仿真時長，幀頻=24幀。格式MP4或者GIF。有興趣的朋友可以一試，本文附件為模型文件。
剛才出去吃飯，五個籠包飽了。想起一件事，一個朋友說，能否在穩(wěn)態(tài)下仿真粒子的運動呢？手拿第六個籠包糾結了。五個籠包填飲肚皮，是我飯量的穩(wěn)定狀態(tài)。
展開 文章來源：南流坊
圖1 一鍵式仿真計算流程
（2）面向工業(yè)設計的流體仿真功能
AICFD提供了工業(yè)設計中常用的流體仿真功能，流動類型包括單相不可壓縮流動、單相可壓縮流動（支持亞音速、跨音速和超音速流動）、傳熱、多相流等，它支持多區(qū)域的流動和傳熱模擬，使得其可應用于復雜工業(yè)流動如葉輪機械和換熱器內的流動和傳熱仿真。AICFD提供多種穩(wěn)健的數值格式和邊界條件以及常用的物理模型，它為能源動力、船舶海洋、航空航天和汽車等領域的設計人員提供了一個通用的熱流體仿真手段。
圖2 豐富的流體仿真功能
（3）快速智能仿真和實時仿真
目前商用仿真軟件的仿真時間較長，通常需要幾小時，幾天甚至幾周的時間。AICFD采用人工智能技術等方法加速仿真計算，可以實現秒級仿真，大大提高了仿真效率。對于特定模型的仿真，通過仿真技術和人工智能技術的深度結合實現實時仿真。快速智能仿真和實時仿真方法使得AICFD可作為設計人員日常使用的智能仿真工具。
圖3 快速智能仿真和實時仿真
（4）通用性和可擴展性
AICFD作為一款通用的熱流體仿真軟件，其核心計算模塊的通用性使得它有很寬的應用領域。同時對于專用仿真領域的仿真，通過對其仿真過程的深入分析可進一步優(yōu)化仿真模塊，從而提高仿真的精度和操作的便捷性。
（5）友好的人機交互界面，跨平臺支持
AICFD提供基于客戶端的圖形界面，可滿足復雜重量級的仿真計算需求。同時它支持跨平臺，可提供Windows和Linux發(fā)行版本。
實際案例
（1）旋流分離器
本案例為旋流分離器，它是一種常見的分離分級設備，采用離心沉降原理去除掉流體中的物質顆粒。該案例涉及的流動為不可壓流動，流體從進口進入旋流分離器向下回旋至底部，然后向上回旋從出口排出。
展開 在多相流顆粒分離研究領域，精確模擬顆粒運動行為一直是技術攻關的核心難題。兩段錐形水力旋流器作為關鍵分離設備，其底流管直徑與入口速度對分離性能的影響機制復雜，亟需高精度模擬技術予以揭示。基于此，團隊創(chuàng)新開發(fā)氣-液-固三相湍流模擬方法（VOF - RSM - DEM），其中自主研發(fā)的 DEMms 軟件，憑借獨特的算法架構與模擬能力，成為攻克該難題的核心技術支撐。
創(chuàng)新算法架構，實現顆粒運動精準建模
DEMms 軟件基于離散元法構建核心算法體系，深度融合牛頓第二定律與歐拉第二運動定律，為顆粒的平移與旋轉運動提供精確的動力學描述。在顆粒與流體、顆粒與顆粒及壁面的交互過程中，軟件通過多物理場耦合算法，實現對曳力、升力、碰撞力等復雜作用力的實時計算。
值得一提的是，軟件引入的隨機跟蹤模型，采用拉格朗日隨機軌道理論，能夠準確捕捉瞬時湍流速度脈動對顆粒軌跡的影響，使模擬結果與實際工況的吻合度大幅提升。通過這種精細化的算法設計，DEMms 軟件成功將顆粒運動模擬精度提升至新高度。
嚴謹驗證流程，確保模擬結果可靠性
為驗證 DEMms 軟件在三相湍流模擬體系中的有效性，研究團隊開展了系統性驗證工作。
以標準旋流器為研究對象，通過網格無關性驗證，確定了最優(yōu)網格劃分方案，有效避免因網格誤差導致的模擬偏差。在與實驗數據的對比中，軟件模擬的切向速度、軸向速度與實際測量值呈現高度一致性，壓降和液體分流比的相對誤差控制在工程可接受范圍內，分離效率曲線的擬合度也達到理想水平。
這種從算法設計到模擬驗證的全流程技術把控，充分證明了 DEMms 軟件在水力旋流器流體動力學行為及分離性能模擬方面的可靠性與準確性。
深度應用剖析，挖掘分離性能關鍵規(guī)律
依托 DEMms 軟件構建的高精度模擬體系，研究人員對兩段錐形水力旋流器展開深入研究。
展開 OpenFOAM基于DPM方法計算旋流分離器，包含算例全部OpenFOAM計算文件
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旋流分離器的最新內容
“Ansys 2025 全球仿真大會”仿真應用大賽優(yōu)秀作品展示
本屆仿真應用大賽最終評選出 30 篇 TOP 優(yōu)秀作品，分別榮獲一、二、三等獎及行業(yè)最佳實踐獎。近 200 位來自汽車、半導體、高科技、能源等行業(yè)的仿真精英參賽，他們以前沿思維與創(chuàng)新實踐，充分展現了仿真技術的無限潛能。我們將陸續(xù)為大家分享獲獎佳作，帶您一同領略仿真賦能創(chuàng)新的非凡力量，希望用戶能從中汲取靈感
一、項目簡介
本次模擬對象為某超凈除塵除霧塔，為濕法除塵工藝，風機位于本塔前端，超凈除塵除霧塔正壓運行，塔體中自下而上共4層除霧器，其中最上層除霧器為二級旋流除霧器，共24個旋流葉片，該除霧器位于煙囪底端；經現場反應，當風機頻率＞37Hz時，塔體開始出現晃動，經討論，塔體出現晃動的原因可能與風機頻率增加，風量加大，上述旋流除霧器處離心風速過高所致，因此，若要同時滿足大的處理風量，且規(guī)避塔體晃動
兩段錐形水力旋流器作為關鍵分離設備，其底流管直徑與入口速度對分離性能的影響機制復雜，亟需高精度模擬技術予以揭示。基于此，團隊創(chuàng)新開發(fā)氣-液-固三相湍流模擬方法（VOF - RSM - DEM），其中自主研發(fā)的 DEMms 軟件，憑借獨特的算法架構與模擬能力，成為攻克該難題的核心技術支撐。
本教程將通過一個完整的三維穩(wěn)態(tài)計算流體動力學模擬過程，模擬旋流分離器中粒子的流動過程。
1 啟動Workbench并建立分析項目
（1）在Windows系統下執(zhí)行“開始”→“所有程序”→ANSYS 19.2→Workbench命令，啟動Workbench 19.2，進入ANSYS Workbench 19.2界面。
實際案例
（1）旋流分離器
本案例為旋流分離器，它是一種常見的分離分級設備，采用離心沉降原理去除掉流體中的物質顆粒。該案例涉及的流動為不可壓流動，流體從進口進入旋流分離器向下回旋至底部，然后向上回旋從出口排出。
XXX梁整體計算20211111.doc
旋流分離器的仿真報告.docx
旋流分離器，普遍使用在各行業(yè)各領域。對于流體在旋流分離器內的仿真工作，要根據實體工件設計目的而分別對待，制定不同的仿真模式。
如上圖，如果仿真目的是研究內部流體所表現出來的速度、壓力。仿真模塊選擇“流動”即可。如果還要涉及湍能，物理模塊要增加“湍流”。使用穩(wěn)態(tài)較合適，穩(wěn)態(tài)模式主要研究流體達到穩(wěn)定的“常態(tài)”之后所表現出來的物理特性。不考慮流體達到穩(wěn)定之前的過程，即與時間無關。
用歐拉-歐拉模型模擬旋轉床中的顆粒分布
結論
得到不同操作條件下旋流器中的高速旋轉流場，很好吻合實驗數據
得到旋流器運轉中空氣柱的分布
通過統計顆粒排除情況，獲得顆粒分級曲線
Customer Benefit
基于操作狀態(tài)的分析結果，優(yōu)化最佳的旋流器、旋轉流化床設計參數，使得運轉中的能耗降低；同時，為設計不同用途，如分離細微顆粒、得到最佳階段率、高效液液分離等的新型旋流器提供技術支撐
OpenFOAM基于DPM方法計算旋流分離器，包含算例全部OpenFOAM計算文件
1979年，在謝菲爾德大學化學工程系的教授Jim Swithenbank的邀請下，Boyan再次返回謝菲爾德，幫助教授開發(fā)了一款可以交互式定義幾何和邊界條件，專門用來求解旋流分離器的代碼。一名叫Bill Ayers的學生當時也參與開發(fā)了這款軟件。軟件最終發(fā)表在化學工程師學會匯刊上，并聲明可以免費給讀者提供源代碼的拷貝。
