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气流体模拟CFD模拟技术服务

气流体模拟CFD模拟技术服务

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  功能描述:

  气流体模拟CFD模拟技术服务

  净化设备及系统设计的效果与室内气流组织密切相关。好的气流组织方式能够使洁净区域的气流组织、温度、湿度和速度很容易地符合设计要求,反之,差的气流组织方式可能根本就达不到设计要求。因此,在净化设备、净化系统设计完成之后施工之前,预测气流组织状况就很重要。


  我公司面向各净化行业厂家提供专业的气流体模拟CFD技术服务,(Computational Fluid Dynamics,简称CFD),是一种重要的计算机模拟技术,其产生可以追溯到20世纪30年代初,它是流体力学、数值计算方法以及计算机图形学三者相互结合的产物。1974年,丹麦的尼尔森(P.V.Nielsen)首次将CFD技术应用于空调工程,模拟室内空气流动情况,标志着CFD技术开始应用于分析工程中的流动问题。CFD是目前国际上一个强有力的研究领域,是进行“三传”(传热、传质、动量传递)及燃烧、多相流和化学反应研究的核心与重要技术,广泛应用于热能动力、航空航天、机械、土木水利、环境化工、暖通空调及空气净化工程等诸多工程领域。


  我公司与国内CFD技术人员有着广泛的密切合作,面向国内各净化设备公司、净化工程公司提供先进的应用于净化设备气流体模拟CFD技术服务:

  1、 CFD模拟技术的应用范围

  CFD能够分析与研究在各种复杂几何形状的空间(装置)内、外发生的下列工程问题:①净化设备及洁净区域内的流体流动模型数据;②高温传热(导热、对流、辐射换热、流固偶合传热);③气-固、液-固、气-液、液-液等多相流(如均化库、增湿塔、气力输送等);④非牛顿流体流动(流变、如粉体、混凝土、膏状物等);⑤多孔介质流;⑥化工反应流;⑦煤粉燃烧、气态燃料燃烧、油雾燃烧、多种燃料混合及多氧化流燃烧(如燃烧器、分解炉、烘干炉等);⑧爆炸、爆燃和着火(如煤粉仓的爆炸与防治);⑨搅拌反应釜;⑩环保(气体、水污染的扩散与防治、脱硫、NOx等)。

  CFD分析研究可以提供净化工程设计、净化设备生产管理、技术改造中所必需的参数,如流体阻力(阻力损失),流体与固体之间的传热量(散热损失等),气体、尘埃粒子固体颗粒的停留时间,产品质量,反应率,尘埃粒子处理能力(产量)等综合参数以及各种现场可调节量(如风量、风温、组分等)对这些综合参数的影响规律性。还可以提供流动区域内精细的流场(速度矢量)、温度场、各种与反应进程有关的组分参数场,通过对这些场量的分析,发现现有装置或设计中存在的不足,为创新设计、改造设计提供依据。相当于是一个通用的、多功能的大型冷热态、气流组织试验场(数值试验)。

  2、 气流体模拟CFD技术在洁净工程及暖通空调领域的应用

  2.1 CFD在洁净工程、暖通空调中的主要应用领域。 CFD主要可用于解决以下几类暖通空调工程的问题:

  2.1.1 洁净空间气流组织设计 借助CFD可以预测仿真洁净空间的气流分布详细情况。气流数值分析能够考虑室内各种可能的内扰、边界条件和初始条件,因而它能全面地反映室内的气流分布情况,从而便于发现最优的气流分布方案,进而指导设计使其达到良好的空气净化效果。

  2.1.2 建筑外环境分析设计 建筑外环境对建筑内部居住者的生活有重要的影响,建筑小区二次风、小区热环境等问题日益受到人们的关注。采用CFD可以方便地对建筑外环境进行模拟分析,从而设计出合理的建筑风环境。而且,通过模拟建筑外环境的风流动情况,还可进一步指导建筑内的自然通风设计等。

  2.1.3 室内空气品质研究 利用CFD技术研究洁净空间空气品质问题,主要是通过模拟得到室内各个位置的风速、温度、相对湿度、污染物浓度等参数,从而评价通风换气效率、热舒适和污染物排除效率等。

  2.1.4 净化设备性能的研究改进 净化工程及暖通空调工程的许多设备,如高效送风口、风淋室、洁净棚、FFU风机过滤单元、回风口、送风天花、风机、蓄冰槽、空调器等,都是通过气流体工质而工作的,气体流动情况对设备性能有着重要的影响。通过CFD模拟计算设备内部的气体流体流动情况,可以研究设备性能,从而改进其气流组织,提高净化效果。

  2.2 净化工程、净化设备、暖通空调领域中CFD的求解过程CFD进行模拟仿真,其主要环节无外乎包括以下几个方面:建立数学物理模型、进行气流数值求解、将数值解结果可视化等。

  2.2.1 建立数学物理模型 建立数学模型是对所研究的流动问题进行数学描述,为数值求解做准备工作。基本数学模型有:

  ①质量守恒方程

  ②动量守恒方程

  ③能量守恒方程

  ρ——流体密度,kg/m3;

  t ——时间,s;

  u——速度矢量,m/s;

  ui——速度在i方向上的分量,m/s;

  p——压强,pa;

  Fi——体积力,N;

  T——温度,K;

  cp——定压比热;

  ST——粘性耗散项。

  对于湍流流动,还要补充反映湍流特性的其他方程。

  2.2.2 进行气流数值求解 ①确定边界条件与初始条件。

  初始条件和边界条件是控制方程有确定解的前提。初始条件是所研究对象在过程开始时刻各个求解变量的空间分布情况。对于瞬态问题必须给定初始条件,对于稳态问题不需要初始条件。边界条件是在求解区域的边界上所求解的变量或其导数随地点和时间的变化规律。②划分计算网格。网格分结构网格和非结构网格。简单说,结构网格在空间上比较规范,如对一个四边形区域,结构网格多是成行成列分布的,而非结构网格在空间分布上没有明显的行线和列线。目前各种CFD软件都有专门的网格生成工具。③建立离散方程并求解。离散方程常用的方法有:有限容积法、有限差分法和有限元法等。选择合适的方法,对求解区域进行离散。

  2.2.3 结果可视化 通过计算机数值求解得到的结果是节点上的数值,因而视觉效果上不具备可观性,难以被一般工程人员或其它相关人员所认识和接受,所以必须借助相关软件将模拟结果可视化,CFD的后处理可以静态显示气流速度、气流方向、温度、尘埃粒子浓度场图片,也可以动态的显示气流体流动的流线和迹线。


  我国大概在20世纪80年代开始研究CFD在暖通领域的应用。我国现有成果大部分属于运用专用软件进行某个算例的分析。从总体上说,真正把CFD技术与实际的净化工程、暖通设计结合的案例还很少,真正掌握CFD技术的暖通设计人员数量有限,在我国净化行业、暖通行业中开展CFD方面研究尚有大量工作要做。气流体模拟CFD技术服务


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