氣體充放過程仿真的案例
使用嵌入 CAD 的工程流體力學仿真 優化氣體混合過程
SOLIDWORKS FLOW SIMULATION 是氣體混合 CFD 分析的最佳方法
氣體混合在各種廣泛的應用領域都非常重要，例如，煙道中的氣體混合對于排放控制系統的操作非常重要，填料塔和其他類型化學反應器中的氣體混合會影響過程的產出量和可變性，氣體混合對用于處理危險廢物的旋轉窯焚化爐的性能有重大影響，呼吸道中的氣體混合影響霧化藥物的療效，混合效率上若干個百分點的提升即可大幅減少低氧化氮燃燒器的能耗和排放。優化氣體和空氣混合以滿足特定應用需求頗具挑戰性，該過程通常需要反復建造并測試原型，因此非常耗費時間和成本。大公司已經采用了計算流體力學 (CFD) 來模擬氣體混合，但鑒于使用 CFD 技術所需投入的大量成本、時間和專業知識，目前為止這種技術的應用僅限于研究或解決現有設計的疑難問題。
然而過去幾年，市面上出現了完全嵌入主流機械設計環境的新型 CFD 工具，這些工具使用更加簡單、更快且更經濟實惠。在設計流程的早期階段，用戶可以使用這些新工具來評估大量備選方案的性能，早期階段的分析使之有可能以較少的時間和較低的成本來提高產品性能并解決設計問題。本文介紹了在設計流程的早期階段使用 CFD 改善氣體混合的使用指南。
氣體和空氣混合的重要性
燃燒設備制造商面臨著諸多競爭壓力和監管壓力，這迫使他們不得不提高能效、減少環境排放、加大控制力度并提供更大的燃料靈活性。應對此挑戰的關鍵在于改善燃燒器的性能，因為燃燒器是所有燃燒系統的重要組成部分。即便是很小的性能改進，也會對持續運轉且耗費大量能源的系統產生重大的積極影響。對于幾乎所有燃燒器而言，燃料和氣體混合都是設計過程的重要環節。許多應用領域面臨的主要設計挑戰是通過注入氣體來實現近乎理想化的混合。混合很重要，因為氣體和燃料的濃度不均勻將導致排放量的大幅上升和燃燒效率的大幅下降。
展開 CFD專欄丨氣體存儲一維CFD仿真
Flow Simulator仿真結果和NREL（美國國家可再生能源實驗室）代碼對比：
氫氣溫度、壓力和質量隨時間的變化
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氦氣的充放過程對標案例
模擬氦氣從高壓罐（0.19升）通過節流閥流入低壓罐（0.658升）。初始時刻氣體和罐體為室溫，氣體在壓差下流動，最終達到氣壓平衡。
在氣體快速膨脹過程中，罐體內氣體流速相對較低，但是閥門附近氣流可能達到音速。氣體的傳熱可分為2個階段，第一個階段由于焦耳-湯姆遜效應氣體急速膨脹降溫，儲氣罐固體向內部氣體傳熱。第二階段罐體內的氣流形成自然對流，溫度逐步升高，最終和環境一致達到熱平衡。
搭建一維CFD模型模擬氣體充放過程， Generic Fixed Volume模擬固定容積的罐體，Orifice模擬孔板，采用真實氣體模擬氦氣的熱力學狀態變化。
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