基于CFD的离心分离机内流场的模拟仿真.pdf

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1、机械管理开发总第152期MECHANICALMANAGEMENTANDDEVELOPMENTTotalof1522015年第lO期No．102015设计试验基于CFD的离心分离机内流场的模拟仿真霍秋爽。刘加光，邓龙虎。陈登科(1．烟台大学机电汽车工程学院，山东烟台264000；2．清华大学机械工程系，北京100084)摘要：利用CFD软件Fluent初步模拟了离心分离机内流场。仿真中液相采用了RNG湍流模型，固相采用拉格朗日离散相模型(DPM)。通过一定的简化后建立了离心分离机理想模型，研究了旋转轴转速对固相颗粒速度的影响以及固相颗粒比重对固相颗粒速

2、度的影响。仿真结果表明，固体颗粒的速度随旋转轴的转速增加而增加，固相颗粒的速度受固相颗粒的比重影响。关键词：离心分离机；离散相；CFD；旋转轴转速；固体颗粒比重中图分类号：TQ021文献标识码：A文章编号：1003．773X(2015)10．0003．04DoI：10．16525／i．cnki．cn14．1134／th．2015．10。001离心分离(centrifugalseparation)是借助于离模型(DPM)。通过一定的简化后建立了离心机模心力，使比重不同的物质进行分离的方法。利用型，利用Solidworks软件取出离心机内流体区离心分离方

3、法设计的离心机有相当高的转速，离域，考察了固相颗粒在流体区域内的分布情况，以心机内被分离物质由旋转轴的旋转受到离心力，及转速对固相颗粒速度的影响。采用CFD方法若被分离物质比重不同，则被分离物质受到的离所得到的离心机内部流场的信息，对离心机的研心力不同，运动速度及轨迹不同，由此比重不同的究及设计具有较重要的参考价值。物质就能够分离。不同的生物分子有不同的体积1流体动力学(CFD)技术和密度，离心分离是分离生物分子最常用的分离离心机内部的流场难以直接测量，对于内部流方法[1]。随着生命科学技术的发展，离心分离技场的研究采用计算流体力学(CFD)技术。计

4、算流体术已成为生物化学与分子生物学中不可缺少的分力学(ComputationalFluidDynamics，简称CFD)是离技术手段。然而，目前关于离心分离机的基础以数值离散方法为数学基础，借助于计算机求解描研究相对较少。由于离心分离机内部复杂的紊流述流体运动的基本方程，研究流体运动规律的学科。流动，内部流场的可靠数据很难通过普通的实验CFD的基本思想是把原来在时间域及空间域上连获得。近年来，随着计算机性能及CFD(Computa—续的物理量的场，如速度场和压力场，用一系列有限tionalFluidDynamics)技术的快速发展，使用CFD个离散点

5、上的变量值的集合来代替，通过一定的原方法计算模拟离心分离机内内部流场越来越则和方式建立起关于这些离散点上场变量之间关精确。系的代数方程组，然后求解代数方程组获得场变量本文正是采用CFD商业软件Fluent，对离心的近似值]。CFD可以看做是在流动基本方程分离机内部流场进行数值模拟，仿真中液相采用(质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程)控制了RNGk一￡湍流模型，固相采用拉格朗日离散相下对流动的数值模拟。通过这些模拟，可以得到极其复杂问题的流场内各个位置上的基本物理量(如收稿日期：2015—10—20速度、压力、温度、浓度等)的分布，以及这些物理量

6、第一作者简介：霍秋爽(199O一)，女，山东菏泽随时间的变化情况]。人，硕士，现就读于山东烟台大学，现在清华大学CFD技术的特点有：给出流体运动区域内的机械设计医疗机械实验室中委培。离散解，而不是解析解；它的发展与计算机技术的机械管理开发jxglkfbjb@126．corn·4·第30卷发展直接相关；若物理问题的数学提法(包括数学腔，旋转轴在电动机的带动下，以一定的转速旋转，方程及其相应的边界条件)是正确的，则可在较广旋转轴带动混合液，使液体加速旋转，在液固的相互泛的流动参数(如马赫数、雷诺数、飞行高度、气体作用下，固相颗粒也被带动，有一定的速度。性

7、质、模型尺度等)范围内研究流体力学问题，且2)将模型导人SolidWorks内，通过型腔等命能给出流场参数的定量结果l_g]。令，提取离心机内部流场。将提取后的内部流场，2数值仿真保存为fluent．Xt。2．1数值模型选择3)将fluent．X—t导人进ICEM中划分网格，本文研究的对象为固液两相流，利用软件结果如图2所示．划分好网格后，将网格文件保存FLUENT进行仿真。仿真中，离心分离机中离心腔为．mesh文件，导人FLIENT14．5进行仿真。内流体在转动轴带动下，固相颗粒随之运动，忽略热效应的影响，离心机内部流体遵循质量守恒和动量守恒。本模

8、型数值仿真中，用纯水代替液相，利用拉格朗日方程计算固相颗粒运动轨迹，研究对象采用RNG忌一s湍流模型，这种模