10.行業(yè)問(wèn)題和基準：旋風(fēng)分離器在極端溫度下的性能預測 

氣體旋風(fēng)分離器是在工業(yè)中最常用的分離設備。

考慮用于確認目的的旋風(fēng)分離器總體視圖如圖36所示。表4中的幾何條件定義了旋風(fēng)分離器。所有顯示的參數以及實(shí)驗數據均來(lái)源于Lorenz (1994)。

圖36：旋風(fēng)分離器模型的總體視圖。

SOLID WORK S Flow Simulation使用350000個(gè)單元的計算網(wǎng)格進(jìn)行計算。仿真采用瞬態(tài)方法。時(shí)間步長(cháng) Δtc可以普通形式提供：

此處Dd– 灰塵出口直徑、Dvf– 渦流探測器直徑、Dbar– 筒直徑、Uinlet– 在旋風(fēng)分離器入口處的速度。

表4：旋風(fēng)分離器模型的主要幾何尺寸。

計算結果如圖37-39所示。

圖37：3 s物理時(shí)間仿真之后、在80 m3/h體積流率下、環(huán)境空氣（200℃）的旋風(fēng)分離器內的壓力分布（左）和速度分布（右）

圖38：不同溫度下旋風(fēng)分離器的壓降。

圖39：在60 m3/h體積流率和不同氣溫下的分級效率曲線(xiàn)。

旋風(fēng)分離機內的流場(chǎng)如圖37所示?？稍谠撎幷业降湫偷膲毫退俣确植?。

圖38顯示了不同氣溫下預測的壓降與來(lái)自L(fǎng)orenz (1994)的實(shí)驗數據的對比。它證實(shí)了大多數操作條件與實(shí)驗結果非常一致。計算結果與實(shí)驗數據的相差通常在5% - 10%之間。僅針對熱氣流體時(shí)，相差會(huì )變大。

SOLID WORK S Flow Simulation預測的從環(huán)境溫度到極端溫度下操作的旋風(fēng)分離器分級效率如圖39所示。預測值處的豎直欄表示在5個(gè)計算系列中獲得的最大和最小去除概率。微粒密度為2650 kg/m3。

可看到SOLID WORK S Flow Simulation預測的旋風(fēng)分離器分級效率與報告的數據（Lorenz, 1994）非常一致。應特別關(guān)注切斷大?。ㄎ⒘４笮?，低于此可實(shí)現50%的微粒去除）非常好的預測。

4.結論

關(guān)于全球CAE市場(chǎng)的趨勢分析清楚地表明：在解決當今工程設計問(wèn)題中CFD計算市場(chǎng)份額穩定增長(cháng)。以前的CFD計算主要用于航天、汽車(chē)、發(fā)電和電子工業(yè)，但現在此類(lèi)計算幾乎對所有行業(yè)都至關(guān)重要。SOLID WORK S Flow Simulation是運用CAE技術(shù)（即流體力學(xué)和熱傳導）滿(mǎn)足設計工程師日常所需的典型示例。

對于以項目為導向的工程師所使用的軟件，實(shí)際上在大多情況下，不可能將驗證和確認分開(kāi)，因為軟件中內置有高度的自動(dòng)化。這意味著(zhù)軟件驗證/確認活動(dòng)幾乎是一個(gè)統一體，在指代這一類(lèi)活動(dòng)時(shí)，這些術(shù)語(yǔ)被一起使用，甚至用其首字母縮寫(xiě)V&V作為簡(jiǎn)稱(chēng)。

由于SOLID WORK S Flow Simulation使用了笛卡爾網(wǎng)格，以及一些工程技術(shù)和方法，與傳統的CFD軟件相比，數值計算在很粗糙的網(wǎng)格上也達到可接受的準確度。正因為如此，用戶(hù)可使用相對適中的計算資源計算非常復雜3D例子中的流體流動(dòng)和熱傳導。

當前SOLID WORK S Flow Simulation質(zhì)量保證中使用的V&V步驟采用確認測例的四級分類(lèi)?？赏ㄟ^(guò)倒金字塔圖形顯示這四個(gè)級別，每一級以前一級為基礎，并受到前一級的支持。

通常而言，這些級別內的確認測例的分類(lèi)取決于例子的復雜度、參考數據的可用性及其準確性等等。隨著(zhù)幾何和流體復雜度的增加，觀(guān)察到實(shí)驗數據可用性降低和準確度減小的趨勢。此四級分類(lèi)具有動(dòng)態(tài)結構。隨著(zhù)SOLID WORK S Flow Simulation的發(fā)展，V&V活動(dòng)，尤其是新測例的開(kāi)發(fā)，轉換到更高級別。

本文所展示的每一個(gè)級別的典型確認測例證實(shí)了SOLID WORK S Flow Simulation軟件多年來(lái)已成功地確認了各種各樣的問(wèn)題。通過(guò)SOLID WORK S Flow Simulation數值地復現了實(shí)驗數據和解析解，并具有可以接受的準確度。相對粗糙網(wǎng)格的良好性能、CAD嵌入式功能、高級別的自動(dòng)化和可用性，這些特點(diǎn)結合起來(lái)使SOLID WORK S Flow Simulation軟件成為針對工程設計和分析的非常適當和有用的CFD工具。