基于CFD的离心分离机内流场的模拟仿真.pdfVIP

机械管理开发 总第 152期 MECHANICALMANAGEMENT AND DEVELOPMENT Totalof152 2015年第 lO期 No．10 2015 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)10．0003．04 DoI：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R