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摘要：CFD技术作为一种流体动力学技术，在化工机械设计、轻工业机械设计等诸多领域都有着广泛的应用。运用CFD技术对化工机械进行设计，尤其是流体机械的设计，可以有效提高机械设计的精度和计算模型的有效性。本文重点探讨了CFD技术相关内容，并对其在化工机械设计中的应用进行了相应分析。
关键词：CFD技术；化工机械设计；应用
经济全球化的逐渐推进与深入推动化工机械制造行业取得了快速的发展，使化工机械应用日益广泛，并在化工生产中发挥着越来越重要的作用。同时，人们对化工产品质量与生产效率提出了越来越高的要求，促使化工机械制造企业必须积极改进现有生产技术。CFD技术凭借独特的优势与强大的流体力学计算功能而在化工机械设计中占据主导地位，研究其在化工机械设计中的应用具有重要意义。
1 CFD技术相关介绍
CFD技术，即计算流体力学，是计算机技术、流体力学与数理方法相互结合的产物，是一门新兴的交叉学科，涵盖了多种学科知识理论。从工程领域而言，CFD技术隶属于计算机辅助工程中的一个重要分支，属于流体力学领域一种先进的技术手段。在实际应用中，它通过对机械设备内部流场的分析来获取机械结构设计方式对机械性能的影响，从而提高机械结构设计的科学性与合理性，提高机械整体性能。
CFD技术不仅涵盖多门学科知识，而且该软件中包括有多领域计算软件，能够同时满足多个工程领域机械设计需求，如Phoenics，Flotrn等。这些软件能够计算出湍流、层流、对流等多种流场的物理模型和各种化学反应。不同软件有各自适用的对象与具体场合，并能够针对这一对象选用适合的数值方法对物理模型进行求解，进而制定出最佳设计方案。各软件间数值可以方便地进行交换是CFD技术拥有的一个突出优势，这使该技术可以大大简化计算过程，减少劳动力投入。
2 CFD技术在化工机械设计中的应用
为深入了解CFD技术在化工机械设计中的具体应用与所发挥的作用，本文将以旋风分离器这一典型实例来对CFD技术的建模、数值求解与结果进行认真分析。在化工生产中，旋风分离器是作为一种除尘、分离设备存在，因而选取其内部的三维两相流场进行CFD建模具有一定代表性。
2.1 构建机械模型
在CFD系列产品中，具备几何建模功能的软件有多种，人们较为熟悉的有Auto CAD，Solid、Gambit等，我们可以依据实际需要灵活选择。鉴于本次要建立的是旋风分离器高效模型，因而本文将采用CAD软件来完成这一模型建立。首先，依据几何结构简图中的各个参数，包括高度76 cm，圆柱高度28.5 cm，圆柱直径19 cm，内圆直径6.4 cm，矩形长宽分别为9.5 cm与3.8 cm等，按照一定比例对模型各个参数进行设计。然后，采用网格技术对模型进行网格划分。在CFD技术中提供的网格有多种类型，而适用于三维两相流场模型的主要有四面体/六面体网格、锲形网格、分块网格与混合网格等。考虑到网格划分属于前期工作，其划分质量好坏直接影响着模型模拟成果，且网格数目划分不宜过多，所以为保证模型网格划分的质量，宜选用与旋风分离器流体特征相适应的网格类型。本文选用分块网格划分技术，先将计算域分成5个子域分别划分网格，以使网格分布与模型几何形状相一致，再通过控制网格节点进而控制网格分布疏密，使之形成非均匀的六面体网格，保证满足模型计算要求。
2.2 数值求解
模型建立好之后就需要对模型进行数值求解，本文采用迭代法进行数值求解。在求解之前，需要选取和设置符合旋风分离器实际流场特征的计算模型（三维两相流模型）、运行条件以及物料属性。在旋风分离器中，其内流场为向异性突出的三维强旋转湍流，采用雷诺应力湍流模型作为计算模型，对于两相流模型的计算则采用离散相模型中的随机轨道模型。运行条件的设置主要指入口气流速度与方向，在这里将气流速度设置为18m/s，方向垂直于截面。物料属性以滑石粉为例，其密度为2.75×103kg/m3，含尘气体含尘量设置为标准含尘量9.5g/m3。
当计算模型、运行条件与物料属性全部设置好之后，采用非交错网格中的SIM算法对模型进行数值求解计算，对气相流场进行三维数值模拟，计算出数值收敛时的稳定流场，在此基础上进行固相模拟求解，同时辅以多种差分格式，可以进一步提高计算结果的准确性。CFD模型数值求解为我们提供了多种参量分布矢量图，使我们可以对任一点分量进行观察与分析，如压强分布、速度场分布等。
2.3 结果分析
旋风分离器的内部流场是非常复杂的，以往在该机械设计中大多采用的是实验法对其进行测量设计，但这种方法很难保证测量的周全性，因而也无法保证机械设计的质量。而CFD技术通过对机械内部流场的三维数值模拟，可以实现对机械各参数的直观准确测量，实现对数值求解的精确计算，并能够简化计算流程，从而大大提高机械设计的合理性与高效性。从这一应用实例中可以了解到，CFD技术功能强大，分析能力强，计算软件种类多，适用范围广，采用该技术对化工机械进行设计可以较好地满足设计要求。
3 总结
根据上文对CFD技术在旋风分离器结构设计中的应用分析可知，提供有多种计算软件的、分析功能强大的CFD技术在化工机械设计中的应用有利于优化机械内部设计，提高模型计算的准确性与可靠性，提高机械工作性能与实用性，对推动化工等领域发展具有重要的意义。可见，CFD技术在化工机械设计领域拥有十分广阔的发展前景。
关键词：CFD技术；化工机械设计；应用
经济全球化的逐渐推进与深入推动化工机械制造行业取得了快速的发展，使化工机械应用日益广泛，并在化工生产中发挥着越来越重要的作用。同时，人们对化工产品质量与生产效率提出了越来越高的要求，促使化工机械制造企业必须积极改进现有生产技术。CFD技术凭借独特的优势与强大的流体力学计算功能而在化工机械设计中占据主导地位，研究其在化工机械设计中的应用具有重要意义。
1 CFD技术相关介绍
CFD技术，即计算流体力学，是计算机技术、流体力学与数理方法相互结合的产物，是一门新兴的交叉学科，涵盖了多种学科知识理论。从工程领域而言，CFD技术隶属于计算机辅助工程中的一个重要分支，属于流体力学领域一种先进的技术手段。在实际应用中，它通过对机械设备内部流场的分析来获取机械结构设计方式对机械性能的影响，从而提高机械结构设计的科学性与合理性，提高机械整体性能。
CFD技术不仅涵盖多门学科知识，而且该软件中包括有多领域计算软件，能够同时满足多个工程领域机械设计需求，如Phoenics，Flotrn等。这些软件能够计算出湍流、层流、对流等多种流场的物理模型和各种化学反应。不同软件有各自适用的对象与具体场合，并能够针对这一对象选用适合的数值方法对物理模型进行求解，进而制定出最佳设计方案。各软件间数值可以方便地进行交换是CFD技术拥有的一个突出优势，这使该技术可以大大简化计算过程，减少劳动力投入。
2 CFD技术在化工机械设计中的应用
为深入了解CFD技术在化工机械设计中的具体应用与所发挥的作用，本文将以旋风分离器这一典型实例来对CFD技术的建模、数值求解与结果进行认真分析。在化工生产中，旋风分离器是作为一种除尘、分离设备存在，因而选取其内部的三维两相流场进行CFD建模具有一定代表性。
2.1 构建机械模型
在CFD系列产品中，具备几何建模功能的软件有多种，人们较为熟悉的有Auto CAD，Solid、Gambit等，我们可以依据实际需要灵活选择。鉴于本次要建立的是旋风分离器高效模型，因而本文将采用CAD软件来完成这一模型建立。首先，依据几何结构简图中的各个参数，包括高度76 cm，圆柱高度28.5 cm，圆柱直径19 cm，内圆直径6.4 cm，矩形长宽分别为9.5 cm与3.8 cm等，按照一定比例对模型各个参数进行设计。然后，采用网格技术对模型进行网格划分。在CFD技术中提供的网格有多种类型，而适用于三维两相流场模型的主要有四面体/六面体网格、锲形网格、分块网格与混合网格等。考虑到网格划分属于前期工作，其划分质量好坏直接影响着模型模拟成果，且网格数目划分不宜过多，所以为保证模型网格划分的质量，宜选用与旋风分离器流体特征相适应的网格类型。本文选用分块网格划分技术，先将计算域分成5个子域分别划分网格，以使网格分布与模型几何形状相一致，再通过控制网格节点进而控制网格分布疏密，使之形成非均匀的六面体网格，保证满足模型计算要求。
2.2 数值求解
模型建立好之后就需要对模型进行数值求解，本文采用迭代法进行数值求解。在求解之前，需要选取和设置符合旋风分离器实际流场特征的计算模型（三维两相流模型）、运行条件以及物料属性。在旋风分离器中，其内流场为向异性突出的三维强旋转湍流，采用雷诺应力湍流模型作为计算模型，对于两相流模型的计算则采用离散相模型中的随机轨道模型。运行条件的设置主要指入口气流速度与方向，在这里将气流速度设置为18m/s，方向垂直于截面。物料属性以滑石粉为例，其密度为2.75×103kg/m3，含尘气体含尘量设置为标准含尘量9.5g/m3。
当计算模型、运行条件与物料属性全部设置好之后，采用非交错网格中的SIM算法对模型进行数值求解计算，对气相流场进行三维数值模拟，计算出数值收敛时的稳定流场，在此基础上进行固相模拟求解，同时辅以多种差分格式，可以进一步提高计算结果的准确性。CFD模型数值求解为我们提供了多种参量分布矢量图，使我们可以对任一点分量进行观察与分析，如压强分布、速度场分布等。
2.3 结果分析
旋风分离器的内部流场是非常复杂的，以往在该机械设计中大多采用的是实验法对其进行测量设计，但这种方法很难保证测量的周全性，因而也无法保证机械设计的质量。而CFD技术通过对机械内部流场的三维数值模拟，可以实现对机械各参数的直观准确测量，实现对数值求解的精确计算，并能够简化计算流程，从而大大提高机械设计的合理性与高效性。从这一应用实例中可以了解到，CFD技术功能强大，分析能力强，计算软件种类多，适用范围广，采用该技术对化工机械进行设计可以较好地满足设计要求。
3 总结
根据上文对CFD技术在旋风分离器结构设计中的应用分析可知，提供有多种计算软件的、分析功能强大的CFD技术在化工机械设计中的应用有利于优化机械内部设计，提高模型计算的准确性与可靠性，提高机械工作性能与实用性，对推动化工等领域发展具有重要的意义。可见，CFD技术在化工机械设计领域拥有十分广阔的发展前景。