新型立体塔板的 Fluent 模拟研究

王昕 2012207122

CFD 概述• Computational Fluid Dynamics, 即计算流体动力学 , 简称

CFD 。 CFD 是近代流体力学，数值数学和计算机科学结合的产物，是一门具 有强大生命力的边缘科学。它以电子计算机为工具，应用各种离散化的数学方法，对流体力学的各类问题进行数值实验、计算机模拟和分析研究，以解决各种实际问题。

• CFD 软件的一般结构由前处理、求解器、后处理三部分组成。前处理、求解器及后处理三大模块 , 各有其独特的作用 , 分别表示如下 :

前处理 求解器 后处理

作用 a. 几何模型b. 划分网格

a. 确定 CFD 方法的控制方程b. 选择离散方法进行离散c. 选用数值计算方法d. 输入相关参数

速度场、温度场、压力场及其它参数的计算机可视化及动画处理

Fluent

• FLUENT 是目前国际上比较流行的商用 CFD 软件包，在美国的市场占有率为 60% 。举凡跟流体，热传递及化学反应等有关的工业均可使用。它具有丰富的物理模型、先进的数值方法以及强大的前后处理功能，在航空航天、汽车设计、石油天然气、涡轮机设计等方面都有着广泛的应用。其在石油天然气工业上的应用包括：燃烧、井下分析、喷射控制、环境分析、油气消散 / 聚积、多相流 、管道流动等等。

新型立体塔板

简介• 新型垂直筛板塔 ( 简称 New VST ) 是一种以塔板空间作为主要传

质区域的立体喷射型塔板。• 新型垂直筛板的结构有多种形式它系在塔板上开有大孔 , 有圆型、

方型、矩形孔等 , 孔上相应布置有各种形式的帽罩 , 如圆形、方形、矩形、梯形 , 并设有降液管。• 普通塔板气液流动接触呈泡沫状态 , 在塔板上气液两相系错流接触 , 而 New VST 上气液流动接触呈喷射状态。

网格划分

• 网格划分是 CFD 计算过程中的前处理程序 , 网格的质量直接关系到模拟计算的效果。计算域网格的划分可以采用多种形式 , 如阶梯形网格、三角形网格、矩形网格等 , 坐标系可以采用直角坐标系、极坐标系、柱坐标系及不同坐标系的组合等。

网格种类及选择

矩形网格

均匀网格

非均匀网格

贴体网格 贴体网格

网格种类及选择• 均匀网格计算量小 , 流场变化强烈、流速等变量梯度较大处精度

差。• 非均匀网格在流场变化强烈、流速等变量梯度较大处可以把网格

划分得密一些 ; 而梯度较小处可以把网格划分得疏一些用来提高计算精度。• 贴体网格可以沿物体壁面拟合坐标生成网格 , 使网格既完全在流

域中 , 又保证有一定的正交性。

网格种类及选择

矩形网格 贴体网格

网格种类及选择• 网格划分所用的单元体有六面体、四面体、金字塔体、棱柱体。

其中六面体的精度最高 , 但是划分时比较麻烦 , 特别是在复杂的几何形状的计算域的网格划分时 , 根本不可能只使用六面体 , 还要经常用到其它形式的单元体。•因为塔板上的计算区域比较复杂 , 因此我们使用了六面体和棱柱

体相结合的网格划分。