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基于STAR-CCM+的某发动机冷却风扇数值模拟唐琳;谭礼斌;黄灿;刘小强;余千英;何丹;冷小丽【摘要】Based on computational fluid dynamics (CFD) theory, the steady-state flow field characteristics of an engine cooling fan are analyzed by using STAR-CCM+ software. The internal velocity field distribution is analyzed, and the air volume of the cooling fan at a given working point is predicted. Meanwhile, the reliability of CFD simulation is verified by comparison with the airflow volume experimental results of the engine cooling fan test.%基于计算流体动力学理论,采用STAR-CCM+软件对某发动机冷却风扇进行稳态流场特性分析,分析其内部速度场分布,预测冷却风扇在给定工况点下的风量大小,同时与实验测试的风量对比,验证了CFD仿真分析的可靠性.【期刊名称】《装备制造技术》【年(卷),期】2018(000)012【总页数】5页(P126-130)【关键词】STAR-CCM+;冷却风扇;速度场;数值模拟;实验验证【作者】唐琳;谭礼斌;黄灿;刘小强;余千英;何丹;冷小丽【作者单位】隆鑫通用动力股份有限公司技术中心基础研究所CFD研究室, 重庆400039;隆鑫通用动力股份有限公司技术中心基础研究所CFD研究室, 重庆400039;隆鑫通用动力股份有限公司技术中心基础研究所CFD研究室, 重庆400039;隆鑫通用动力股份有限公司技术中心基础研究所CFD研究室, 重庆400039;隆鑫通用动力股份有限公司技术中心基础研究所CFD研究室, 重庆400039;隆鑫通用动力股份有限公司技术中心基础研究所CFD研究室, 重庆400039;隆鑫通用动力股份有限公司技术中心基础研究所CFD研究室, 重庆400039【正文语种】中文【中图分类】O348;U4650 引言发动机冷却风扇主要作用是利用空气的流动，对运行中的发动机进行冷却[1]。
应用STAR-CCM+的旋流喷嘴内部三维流场数值模拟与分析陈娜;吴敏;邱华;葛明桥【摘要】为探讨旋流喷嘴内部气流流动特征对纱线表面的作用效果,采用软件STAR-CCM+建立流体计算模型,对喷嘴内部气流流动进行数值模拟和计算.根据计算结果,解析和比较喷嘴气道与纱道相交方向和相切点位置不同时,喷嘴纱道中径向、切向、轴向气流的速度分布规律,并结合纱道中气流分布特点,分析气流对纱线的作用效果.从模拟结果得出:旋流喷嘴纱道与气道相切点沿X轴负方向长度为14 mm,且喷嘴气道与纱道相交方向向上时,所形成的气流对减少占大多数的顺向毛羽较为有利.【期刊名称】《纺织学报》【年(卷),期】2014(035)012【总页数】6页(P142-147)【关键词】旋流喷嘴;STAR-CCM+;流场;模拟【作者】陈娜;吴敏;邱华;葛明桥【作者单位】生态纺织教育部重点实验室(江南大学),江苏无锡214122;生态纺织教育部重点实验室(江南大学),江苏无锡214122;生态纺织教育部重点实验室(江南大学),江苏无锡214122;生态纺织教育部重点实验室(江南大学),江苏无锡214122【正文语种】中文【中图分类】TS112.8随着纺织科技的不断进步，气流在纺织生产中的应用日益增多。
除了运用气流来改变成纱机制的新技术外，还可借助气流来改善纱线质量，如集聚纺[1]和旋流喷嘴环锭纺技术。
旋流喷嘴环锭纺是在环锭纺上利用旋流喷嘴降低纱线表面毛羽，改善纱线质量的技术。
褚结[2]、牟俊玲[3]、张英姿[4]等主要研究了旋流喷嘴纱道与气道直径、长度和纱道形状等结构参数以及纺纱工艺参数对减羽效果的影响。
本文借助计算流体力学软件 STAR-CCM+对旋流喷嘴纱道三维流场进行数值模拟，在前人设计的旋流喷嘴的基础上通过改变气道与纱道相交方向和相切点的位置，探讨其对喷嘴纱道内部气流分布的影响，并选择出较好的喷嘴结构模型，为今后研究其他参数对旋流喷嘴减羽效果的影响奠定了基础。
收稿日期:2007-04-08基金项目:国家自然科学基金项目(20576074);国家高技术研究发展计划“863”项目(2007AA061702)作者简介:宋健斐(1979-),女(汉族),河北南宫人,讲师,博士,从事石油化工设备的教学与研究工作。
文章编号:167325005(2008)0120090205旋风分离器内颗粒浓度场的数值模拟宋健斐,魏耀东,时铭显(中国石油大学重质油国家重点实验室,北京102249)摘要:采用改进的雷诺应力模型和颗粒随机轨道模型对旋风分离器全空间内颗粒浓度分布进行了数值模拟。
结果表明,旋风分离器分离空间的浓度场沿径向可划分为中心的颗粒逃逸区、边壁的颗粒捕集区和中间的颗粒分离区。
颗粒捕集区的颗粒在器壁表面形成高浓度的灰带螺旋下行,灰带以一定的频率上下波动;颗粒分离区浓度分布均匀,颗粒处于被分离状态;颗粒逃逸区的颗粒浓度很低,颗粒螺旋上升逃逸。
旋风分离器的浓度场沿轴向分布比较复杂,在环形空间的上部和灰斗的上部存在顶灰环,浓度分布具有显著的非轴对称性,在升气管入口下方0125倍筒体直径(Φ)范围内存在短路流造成的高浓度区,在排尘口处存在旋转气流摆动造成的颗粒返混高浓度区。
模拟结果与实验数据吻合较好。
关键词:旋风分离器;颗粒浓度;灰带;颗粒随机轨道模型;改进的雷诺应力模型中图分类号:T Q 05118 文献标识码:ANu m er i ca l si m ul a ti on on parti cle concen tra ti on d istr i buti on i n cyclone separa torS ONG J ian 2fei,W E I Yao 2dong,SH IM ing 2xian(S tate Key L aboratory of Heavy O il Processing in China U niversity of Petroleum ,B eijing 102249,China )Abstract :The particle concentrati on distributi on in a cycl one separat or was numerically si m ulated based on the modified Reynolds stress model and st ochastic particle tracking model on the p latf or m of commercial s oft w are of F LUE NT 611.The in 2teracti on bet w een the particles and the gas phase and the turbulent diffusi on of particles were taken int o account .The particle concentrati on al ong the radial directi on in ward fr om the wall in the separati on s pace was divided int o collecting zone near the wall,escap ing zone in the center regi on and separating zone in the m iddle .I n the collecting zone,particles showed helix s ol 2id strand distributi on and moved down ward .The s olid strand was unstable and moved up and down with a l ow frequency .Particle concentrati on was unifor m and particles would be separated in the separating zone .I n the escap ing zone,particleconcentrati on was very l ow and most of particles escaped with the inner vortex fl ow .Particle concentrati on distributi on was comp lex al ong the axial directi on .The asy mmetric dust ring existed near the t op p late of the annular s pace and dust hopper .The l ocal high concentrati on existed under the entrance of the exit tube with a distance about 0125Φ(barrel dia meter )and the entrance of the dust hopper,which resulted fr om the short 2circuit fl ow and the re 2entrain ment of the fine particles in the inner vortex fl ow due t o the agitati on of separated particles,res pectively .The numerical si m ulati on results agree wellwith the experi m ental ones .Key words :cycl one separat or;particle concentrati on;s olid strand;st ochastic particle tracking model;modified Reynoldsstress model 旋风分离器内流场为复杂的三维湍流强旋流场,其内部的颗粒运动和颗粒浓度分布更为复杂。
旋风分离器内部温度场数值模拟张振伟（东北大学，辽宁沈阳110004）摘要：本文利用FLUENT软件RSM湍流模型对旋风分离器温度场进行数值模拟得出CLT/A型旋风分离器内部温度分布，总体温度都是373° C，只是不同区域有小于一度的温度差异，锥体部分温度最高，进气管及分离器圆筒部分温度最低；同时近壁面温度稍高。
下部温度稍高是由于气流的压缩引起的，锥体部分温度最高，这是由于转速增大空间变小，气流压缩作用增强引起的，近壁面的温度稍高是由于气流与壁面摩擦造成的。
关键词：分离器；数值模拟；温度场Abstract：Key words:1、前言本文研究马铃薯颗粒全粉干燥系统中CLT/A型旋风分离器气固分离过程中的流场现象，采用离散耦合模型进行模拟，离散耦合模型模拟的前提假设需要温度恒定。
然而由于干燥过程中热气流温度比较高，其内部温度场情况不能确定，所以对CLT/A型旋风分离器中的温度场模拟有其必要性。
2、物理模型如图1所示，CLT/A 8.0 M型旋风分离器组的筒体部分体积比较大，整个分离器分为四个旋风子筒体，对称布置，结构完全相同，本文仅对单个筒体进行模拟。
图1 CLT/A 8.0 >4型旋风分离器组结构图Fig. 1 Structure group graph of CLT / A 8.0 4-type cyclo n>利用UG强大的实体曲面建模功能建立CLT/A型旋风分离器组中旋风子的三维实体模型，如图2所示图2 CLT/A型旋风分离器三维实体模型Fig. 2 Three-dimensional solid model of the CLT / A-type cyclone3、有限元模型将UG建立的三维实体模型导入到GAMBIT中进行网格划分，为了便于在GAMBIT中进行网格划分，先在UG中对模型进行多次布尔运算处理，使得建立的模型由两个实体构成：排气蜗壳与排气管形成的一体Volom1，进气管与筒体以及下边锥体构成的一体Volom2。
对油喷压缩机系统中旋风式油气分离器分离性能的数值模拟和试验研究摘要：通过对旋风式油气分离器中油滴破碎的关注对油滴的运动轨迹和分离性能进行数值模拟。
分离性能也通过试验来研究，用马尔文颗粒粒度分析仪计算出分离器前后的油滴直径分布以确定模拟模型。
试验和模拟的结果都显示油滴的破碎发生在分离的过程，明显的影响了分离的效率。
此外，结果表明进口速度在分离效率上扮演着重要的角色，因为它不仅很大程度的影响了油滴在分离器内的切向速度，而且也决定了油滴破碎的几率和程度。
1、介绍经常采用两级分离过程以有效的循环喷射入压缩机内的油并得到高质量的压缩气体。
第一级分离器，也叫做初始分离器，采用机械效应原理来捕捉大多数混合在气体中的油滴，而第二级分离器，常被叫做过滤器，使用凝聚的方法来吸收剩余的油雾。
第一级分离器的效率很大程度上影响了进入过滤器的残余油量，因此直接决定了过滤器的寿命和压缩机系统的性能。
提高第一级分离器的分离效率是净化分离气体和提高油喷压缩机系统性能的重要步骤。
目前，由于旋风式油气分离器的几何结构简单并且容易维护，所以已经广泛用作油喷压缩机系统的第一级分离器。
已经有大量的数值模拟来测试旋风分离器的性能，其中许多都是把研究重点放在旋风室的气体流场。
基于雷诺时均法（RANS）的雷诺应力湍流（RSM）模型已经被广泛接受。
例如，Gronald and Derksen在他们的研究中将有限体积RANS模型和大涡模拟（LES）方法进行比较。
他们指出由于相对较粗糙的网格而引起的非稳态的基于RANS 模型的模拟可以提供合理和工业相关的结果有限的计算工作。
Slack等一些人使用RSM 模型模拟了在Stairmand型高效旋风式分离器内的流场，仿真结果显示与激光测量液滴风速测定相一致。
Hoehstra等人用许多不同的湍流模型模拟了气相流场并得出用RSM 模型做的预测合理的与所有三个漩涡的测量配置文件数据相一致。
许多数值研究也一直尝试通过使用基于欧拉-拉格朗日方法的离散相（DPM）模型来研究旋风分离器内漩涡流中的粒子运动。
基于STAR-CCM＋的旋风分离器数值模拟方法的研究满林香（北海职业学院，广西北海536000）【摘要】文章研究了基于STAR-CCM＋的旋风分离器数值模拟方法。
结果表明：软件的网格处理方式比较灵活，使用软件内部的三维建模和自动网格生成功能可以大幅度提高模拟计算的效率。
模拟计算旋风分离器的湍流模型适合采用雷诺应力模型（RSM），模拟计算旋风分离器的液滴轨迹可以采用离散颗粒模型（DPM）。
使用软件内部的标准模块功能和自定义函数功能可以比较方便实现压力分布、速度分量图、上下行气流分割面、液滴轨迹跟踪等内部流场处理。
【关键词】旋风分离器；数值模拟；STAR-CCM＋；上下行气流分割面【中图分类号】TQ051.8【文献标识码】A【文章编号】1008-1151(2019)06-0059-03 Study on Numerical Simulation Method of Cyclone SeparatorBased on STAR-CCM＋Abstract: Numerical simulation method of cyclone separator using STAR-CCM＋were studied. The results showed that the grid processing method of the software is flexible, and the efficiency of simulation calculation can be greatly improved by using the functions of three-dimensional modeling and automatic grid generation within the software. Reynolds stress model is suitable for simulating the turbulence of cyclone separator, and the discrete particle model is suitable for simulating the droplet trajectory of cyclone separator. Using standard module function and self-defined function in the software, it is more convenient to realize the internal flow field processing, such as pressure distribution, velocity component diagram, the division surface of upstream and downstream flow, droplet trajectory tracking and so on.Key words: cyclone separator; numerical simulation; STAR-CCM＋; division surface of upstream and downstream flow1 引言旋风分离器[1]是一种利用离心力把固体颗粒或液滴从气体中分离出来的无运动部件机械设备，具有结构简单、压降小、分离效率高等特点。
大量学者[2-6]对旋风分离进行了数值模拟研究，这些研究基本是利用商用流体力学计算软件FLUENT进行数值模拟计的，而采用商用流体力学计算软件STAR-CCM＋对旋风分离器进行数值模拟的研究还比较少，因此本文对采用STAR-CCM＋模拟计算旋风分离器的方法进行了研究。
2 网格生成方法和网格无关性验证2.1网格生成方法生成STAR-CCM＋模拟计算所需网格的方法比较多，基本方法可以分为以下四类：一是在专门的网格处理软件（如Icem）中导入三维绘图软件（如ProE）绘制的三维模型，并进行一定处理，生成为体网格，然后导入到STAR-CCM＋中。
二是在专门的网格处理软件中导入三维绘图软件绘制的三维模型，并进行一定处理，生成为面网格，然后在STAR-CCM＋中将生成的面网格导入，并进行一定处理，最后生成为体网格。
三是利用三维绘图软件绘制三维模型，并保存为曲面格式，然后在STAR-CCM＋中将曲面格式的三维模型导入，并进行一定处理，最后生成为体网格。
四是在STAR-CCM＋中建立三维模型，并直接生成体网格。
STAR-CCM＋内部自带强大的网格处理功能，特别是其中的多面体网格可以大幅减小计算的体网格数。
由于本文研究对象是旋风分离器，结构比较简单，因此可以直接采用上述的第四个方法，该方法的优势是某个模型计算完成之后，在可以快速修改变动某个尺寸后直接再次生成网格，并运算，极大提高模拟计算的工作效率。
图1是在STAR-CCM＋中建立三维模型，并直接生成体网格模型。
总第21卷238期大众科技Vol.21 No.6 2019年6月Popular Science & Technology June 2019【收稿日期】2019-04-02【基金项目】广西高校中青年教师基础能力提升项目“旋风分离器用于滚动转子式压缩机降低含油率的研究”（2018KY1189）。
【作者简介】满林香（1986－），男，北海职业学院讲师，从事流体仿真分析、制冷系统性能研究。
- 59 -图1网格模型2.2网格无关性验证网格无关性是指网格加密到一定程度后，数值模拟结果不再随着网格加密而变化。
每次约增加20%左右的网格数制作一系列模型，当达到某个网格数之后计算结果变化小于3%可以认为满足网格无关性的条件。
3 计算方法选择和边界条件设置3.1计算方法选择大量研究[7-9]发现雷诺应力模型（RSM）能较好预测旋风分离器内部流场，因此湍流模型采用雷诺应力模型，另外如果模拟计算旋风分离器的固体颗粒或液滴分离效率则还需选择离散颗粒模型（DPM）。
3.2 边界条件设置进口条件可以采用速度入口边界条件（Velocity Inlet）或流量入口边界条件（Mass Flow Inlet），出口条件采用流速分离边界条件（Flow-Split Outlet），其余为无滑移壁面条件（Wall）。
设置流体密度，如果模拟计算旋风分离器的固体颗粒或液滴分离效率则还需设置离散相的参数。
4 数值模拟后处理4.1压力云图在场景（Scenes）中进行压力云图进行设置，从图中可以查看旋风分离器内部的压力分布，如图2所示。
从图中可以看出旋风分离器内部，中心压力低，边缘压力高，并且中心低压区域，特别是中心低压区域的下部的弯曲程度与内部旋涡的稳定性有密切联系。
压力分布图仅适合作定性分析，旋风分离器的压损的应直接通过计算进出口压差得出。
图2压力云图4.2速度分量图在衍生零部件（Derived Parts）模块中设置监测点，通过这些监测点可以提取计算的各方向速度分量的数据。
这些数据可以在软件内部生成各方向速度分量图，也可以导出并利用外部软件绘制生成，如图3所示。
图3轴向速度分布图从图3中可以看出轴向速度分量分布类似M型分布，边缘区域气流流动方向向下，中心区域气流流动方向基本向上并且在距离轴心位置一定距离该轴向速度存在极大值，最中心狭窄区域轴向速度方向向下，但速度数值较小。
4.3上下行气流的分割面CS控制表面是一个从升气管口下方沿着轴线向旋风分离器底部拉伸的假想圆柱面，并假定该圆柱面外侧气流向下流动，该圆柱面内侧气流向上流动。
实际上旋风分离器内部也是存在一个类似于CS控制表面的上下行气流的分割面，即轴向速度等于0的分割面。
为了凸显轴向速度等于0的分割面，自定义函数ln(1＋V k2)，并生成该自定义函数的分布图，上下行气流的分割面分布图，如图4所示。
- 60 -- 61 -图4 上下行气流的分割面分布图图4中可以看出上下行气流的分割面基本是从升气管进口处同时沿着旋风分离器外部壳体和中心轴线从旋风分离器排气口附近向旋风分离器底部延伸。
4.4 液滴的轨迹跟踪采用颗粒离散相模型（DPM ），气体为连续相，液滴为离散相，离散相的颗粒轨迹采用拉格朗日法计算得出。
通过给定入口条件和合理设置边界条件，然后模拟计算液滴的轨迹，可以计算旋风分离器的分离效率。
如图5所示，是某条件下旋风分离器的模拟计算轨迹。
图5 模拟计算的液滴轨迹跟踪从图5中可以看出由于计算的液滴的直径较大，计算跟踪的液滴轨迹显示几乎所有的液滴都流到旋风分离器的底部，没有液滴进入升气管。
5 结论通过对采用STAR-CCM ＋模拟计算旋风分离器的方法进行研究可以得出以下结论：（1）可采用网格的网格处理方式比较灵活，使用软件内部的三维建模和自动网格生成功能可以大幅度提高模拟计算的效率。
（2）模拟计算旋风分离器的湍流模型适合采用雷诺应力模型（RSM ），模拟计算旋风分离器的液滴轨迹可以采用离散颗粒模型（DPM ）。
（3）使用软件内部的标准模块功能和自定义函数功能可以比较方便实现内部流场处理，如压力分布、速度分量图、上下行气流分割面、液滴轨迹跟踪等流场处理。
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