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基于FLUENT的气动传输中弯管的流场剖析

  • 时间：2017-07-19
  • 泉源：《工程手艺研究》2017年第6期

摘要
　　以气动传输系统的载体管道为工具，使用ANSYS有限元剖析软件中的FLUENT� ？�，对管道中的薄弱环节弯管部分举行流体剖析，得出了气体在经由弯管时的压力漫衍云图和速率矢量图 。直观的反应出在额定风机功率下气体经由弯管时压力和速率的转变，进而剖析出压力和速率损失的巨细和缘故原由，为现实工程应用中提供合理的建议息争决计划 。

1 小序
随着制造业的一直生长，工业自动化一直普及，火电企业对入场煤的采制化也实现了自动化和智能化，气动管道物撒播输系统作为传输的载体具有快速、清静、便捷、高效和节能的特点，最先在火电企业的煤样传输中获得推广 。

煤样瓶在传输历程中并不是匀速的，特殊是在弯管处的受力和速率都是转变的，弯管中风速和压力的损失，会导致煤样瓶无法通过弯管，从而不可完成煤样传输的功效，而加大风机功率，会加大功率消耗，更主要的是加剧煤样瓶与弯管的摩擦，特殊是对弯管外侧管壁的摩擦，从而影响弯管的使用寿命 。以往在管道设计和风机选型中都是凭证压力和速率损失的履历公式来估算，这种要领保存一定的缺陷 。而通过FLUENT举行有限元剖析，可以直观的看到气流在经由弯管时压力和速率的漫衍情形，并凭证FLUENT的剖析效果来相识压力损失的缘故原由，以及在现实管道设计中应思量的因素 。

 


2 FLUENT先容
　　FLUENT是有限元剖析软件ANSYS中的流体剖析� ？�，用来模拟从不可压缩到高度可压缩规模内的重大流动 。由于接纳了多种求解要领和多重网格加速收敛手艺，因而FLUENT能抵达最佳的收敛速率和求解精度 。本文中就使用FLUENT对管道内的气体的流场举行剖析，其主要办法为：（1）制作流场模子，（2）网格划分，（3）施加界线条件，（4）求解 。

 

3 实例剖析
3.1 设置初始条件

本文凭证煤样瓶传输管道的弯管的现实工程使用来设置初始条件：弯管的内径d=133mm，外径D=140mm，弯管半径R=800mm，流体模子断面图如图1所示；风机的出风口风速V风=45m/s，偏向笔直于横断面，因速率小于50m/s，故为不可压缩流体，管道内温度t=300K，风机出口直径为75mm，风机风量为320m?/h；由于入口处压强未知，本文假定出口处的压强为0Pa，空气密度为1.29Kg/m3 。

（ 图1 流体模子断面图）


3.2 盘算历程

（1）建设模子
凭证弯管流场二维图绘制三维图，即以管道内径为直径的实体弯管作为空气的流场模子 。

（2）划分网格
网格划分的质量直接影响最终的盘算效果，划分的网格越多，最终的效果越准确，可是也给盘算机的盘算带来较大事情量 。本次模子划分160万个六面体网格，如图2所示 。

（图2 网格划分模子）

（3）施加界线条件
在弯管的入口处施加0.1089kg/s的质量流量 。假定管道内壁平滑，忽略摩擦，管道内温度恒定，对模子举行加载 。

（4）求解
通过对加载的模子举行求解，可以获得总的压强漫衍云图以及速率矢量图如图3和图4 。


    3.3 盘算效果及剖析

压强漫衍云图如图3所示，从弯管的入口到出口，弯管的压强爆发了显著的转变，由于风机和弯管的直径差别，弯管的入口处周围会形成一定的负压，总压会从上到下成递减的态势，同时可以看出在弯管的内侧，压强险些下降为0，弯管中心线的位置压强没有转变，而从中心线到弯管外侧的历程中压强急剧增大 。

速率矢量图如图4所示，气体的速率转变和压力的转变趋势类似，弯管的内侧速率险些为0，由内侧到外侧逐渐增大，同时，速率的偏向也爆发显著的改变 。从入口到出口，在笔直于风速的横截面优势速的巨细转变也越来越匀称 。凭证风机的风量可知弯管入口处的平均速率为14.2m/s，而由速率的矢量图中可知出口处的平均速率为7.5m/s 。

这是由于气体在通过弯管时，受到离心力的作用，在弯管弧形处形成二次涡旋流，导致气体的流场爆发了紊流的转变，气流分子爆发相互碰撞，最终导致管道中的压强和速率的急剧转变 。而这个离心力也是导致压强损失的主要缘故原由 。凭证管道的静压图如图5，由出口处的静压与入口处的静压差可以获得此弯管在风量为320m3/h时的情形下压降为108Pa 。

（图5 静压图(帕)）

3.4 工程应用

通过对弯管的流体剖析，能够对我们煤样瓶传输的现实应用以及实验中给予指导作用 。

（1）凭证压强云图，可以知道在风机风量稳固的情形下，通过此弯管后，气体压强的损失量，在工程应用中，可以凭证弯管的使用数目来调解风机的转速，或者在多个弯管中，为实现功效要求，也可以在入口处加大风机转速，在出口开孔举行泄压，通过这种方法来镌汰管道的压力，从而降低摩擦力，镌汰对管道的磨损 。

（2）凭证速率矢量图，可以凭证笔直速率偏向的横截面的平均速率来得出通过弯管后的速率转变，再凭证工程应用中对平均传输速率的要求，对风机的转速举行调解 。


4 结论
　� 。�1）使用流体剖析软件FLUENT对气动传输中弯管的流场举行建模剖析，凭证盘算效果，获得弯管总压漫衍云图、静压图和速率矢量图 。并凭证压强云图及速率矢量图进一步剖析出由于气体在弯管处爆发离心力的作用导致了压强的损失，以及速率的巨细和偏向的改变 。

（2）凭证剖析效果，在现实工程应用中，合理的调解风机的转速，不但能够节约能源，还能降低弯管的磨损，增添弯管的寿命 。

（3）本文只对弯管的压强漫衍趋势以及压降举行剖析，在以后的研究中还要团结实验，测收支口处的压强，在此基础上，对弯管的压强及应力举行进一步的剖析 。




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