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2020 - 09 - 26
翻译:赵亚  上海安世亚太流体应用工程师本文共计1320字,阅读时间预计5分钟编者按上周我们谈到多相流的分类及仿真方法,如果大家记忆有些模糊的话,点此链接来回忆上篇内容吧!接下来作者会进行案例分析和行业解决方案解析,展示ANSYS在多相流仿真领域的运用。多相流仿真展望即使当今多相流仿真功能已经十分强大,但是工程师仍在努力推进多相流仿真的边界。他们将融入并模拟更多的物理模型:物化反应、运动...
2020 - 09 - 23
翻译:赵亚  上海安世亚太流体应用工程师本文共计1785字,阅读时间预计6分钟编者按作者分析了多相流的分类、仿真方法及未来发展方向,深入剖析了真实的产品案例和行业解决方案,并提出ANSYS仿真工具可以快速、高效地解决产品设计在多相流仿真中遇到的挑战,为企业的产品设计和生产节约成本。无论是设计高超声速运载工具的除冰系统、进行血液酶测试,还是输送和熔化稀有金属粉末化合物以进行增材制造,或是为...
2020 - 09 - 16
作者:陈诗佳  上海交通大学-巴黎高科卓越工程师学院谢文丽  上海安世亚太流体应用工程师本文共计1755字,阅读时间预计6分钟编者按作者使用Flownex对垃圾处理中心通风系统的局部管线进行模拟,对敞开式处理车间和封闭罐装设备的环境通风系统做出整体评估,并提出改进建议,同时对管线上的风机选型提出明确要求。研究目的随着国内环境三废处理规范要求越来越明细化,各种环保处理工...
2020 - 09 - 09
作者:吴华春  上海安世亚太结构应用工程师本文共计1042字,阅读时间预计4分钟编者按作者挑选了一个简单的球型拉伸模,来观察此模具在不同加载速度下可承受的等效应力值,以此判断相同时间内,该模具最快可加工多少产品。此模拟仿真案例可为企业生产效率及经济效益的提高提供相关的思考。概述在现代工业生产中,效率始终是各行各业考虑的要点,尤其对模具行业来讲,效率更是重中之重。同样的产品、模具和工艺,如...
2020 - 09 - 02
作者:高征宇 上海安世亚太流体应用工程师本文共计1709字,阅读时间预计6分钟编者按作者利用ANSYS Icepak和SIwave的双向耦合技术,分析了PCB的布线导热率分布、铜线焦耳热及其温度对导热率的影响,以此得到与真实情况最为相近的结果,用于评估发热问题。此方法可为企业设计与生产节约大量的时间及产品成本。印刷电路板(Printed Circuit Boards,以下简称PCB)是由绝缘介质(...
2020 - 08 - 26
作者:李桂花  安世亚太结构应用工程师本文共计422字,阅读时间预计2分钟编者按作者利用ANSYS单元的生死功能,通过修改单元刚度的方式,模拟出牛郎织女七夕节鹊桥相会的场景,让仿真充满生活气息,趣味十足。今天教大家用ANSYS单元生死技术做一个高端大气上档次的鹊桥相会。操作步骤第一步:建模模型很简单,一座拱桥,两颗爱心。第二步,画网格选择插入method,选择Body Fitted Ca...

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垃圾处理中心除臭系统设计评估与风机选型
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垃圾处理中心除臭系统设计评估与风机选型

介绍

作者:

陈诗佳  上海交通大学-巴黎高科卓越工程师学院

谢文丽  上海安世亚太流体应用工程师

本文共计1755字,阅读时间预计6分钟


编者按

作者使用Flownex对垃圾处理中心通风系统的局部管线进行模拟,对敞开式处理车间和封闭罐装设备的环境通风系统做出整体评估,并提出改进建议,同时对管线上的风机选型提出明确要求。

研究目的

随着国内环境三废处理规范要求越来越明细化,各种环保处理工艺可以说是百花齐放。但由于环保处理的对象具有极其复杂的来源,因此各种工艺和设备的处理效率仍需不断提高。这里就针对有机质固废集中处理中心的敞开式处理车间(低浓度臭气)和封闭罐装设备(高浓度臭气)的环境通风系统做一个评估。

处理车间的臭气产生量与处理废弃物种类、处理量、停留时间有关,这种环境下空气的换气率指标是有相应标准限定的。

■ 对于封闭罐装设备来说,高浓度臭气的产量与种类、储量、时间、压力、温度等参数相关。

有了这些基础数据以后,一般通风系统的管道布置设计就可以开始了,同时可以进行风机选型。

垃圾处理中心除臭系统设计评估与风机选型

由于垃圾处理中心处理的种类随着季节、处理量而变化,通风系统需要随之重新改造或升级。因此,对现有通风系统的评估和改造是相关企业经常面临的事。

本文使用集成CFD程序的一维管网系统设计软件——Flownex,对垃圾处理中心的通风管路系统的局部管线进行模拟,评估现有运行参数下每一个吸风口的风量,并提出改进建议,同时对管线上的风机选型提出明确要求。


Flownex软件简介

Flownex是一款优秀的一维管网系统热流体设计、优化软件。

■ 它在电力、核能、化工、船舶、燃机、建筑、天然气管网、航站楼飞机供油管路系统等领域都有广泛的运用

■ 它含有丰富的过流元件(图1所示)(如管道、阀门、换热器)、流动控制元件、动力元件(风机、水泵、压缩机、锅炉、燃烧室、核电反应堆等)、从动元件(汽轮机、涡轮、电机等)、输配电系统和优化设计模块等。

■ 它丰富的外部接口可以耦合其他软件如ANSYS CFD/Mechanical、MATLAB/Simulink、RELAP、ROHR2、EES、Excel、OPC、Labview、MathCad等,以及其他数据文件如GIS、PCF(Autodesk inventor)、Cape-Open及用户二次开发模块等;也可以应用于各种流体介质(含两相流、相变等)的管网系统评估。

垃圾处理中心除臭系统设计评估与风机选型

图1:Flownex界面示意图


案例分析

通风除臭系统结构简图

通风除臭系统结构(图2)由不同面积、标高的矩形风管组成,每个进口都布置有格栅(图3),进气口支路上安装有风量调节阀,管路有3处位置布置了不同风量的风机。

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                             图2:系统结构简图                                              图3:吸风口格栅


Flownex系统搭建

依据通风除臭系统结构,搭建下图(图4)所示Flownex流动网络。其中:

①和②段为气体出口,其余均为进气风口。

■ 气体由出口①汇总后进入吸收塔进行净化(此案例未分析)。

■ 边界条件:①给定出口质量流量Q=60000 m3/h,其余边界均设置总压为1 atm,温度为25℃。

垃圾处理中心除臭系统设计评估与风机选型

图4:通风除臭系统管路示意图


系统管路中的主要部件——吸风口格栅、风力调节阀、轴流风机、风管等,分别在Flownex中的元件库中获得,如下(表1)所示。其中:

■ 吸风口格栅:由流阻元件与节流元件连接构成,流阻曲线通过三维仿真结合数据拟合获得。

■ 风量调节阀:选用蝶阀元件来表示,并通过调节阀门开角获得对应损失系数。

■ 轴流风机:轴流风机特性曲线由实际风机型号获得。

■ 风管:方型通风管道等效为圆管,采用Darcy-Weisbach公式计算流动损失:

垃圾处理中心除臭系统设计评估与风机选型

■ 粗糙度:基于“建筑行业设计手册”,通风管道粗糙度本文设定粗糙度为30μm。

垃圾处理中心除臭系统设计评估与风机选型

表1:系统主要部件及其对应Flownex元件

通风除臭系统分析

对原定除臭系统中的风管管路进行分析,获得各风口速度分布(图5)及最小和最大的吸风口位置。

通过分析可以看出,最小速度风口和最大速度风口相差很大,导致最小风口出风量很少,不能达到除臭效果,管路风量匹配不均匀。因此,需要重新匹配更合理的风机。

垃圾处理中心除臭系统设计评估与风机选型

图5:吸风口进气速度分布

风机合理匹配

依据风机位置,将管路系统划分为A、B、C三段,通过分段模拟获得每段管路的流阻特性曲线,并给出对应风机的合理选择范围。

垃圾处理中心除臭系统设计评估与风机选型


 管路段A

管路段A的Flownex网络及边界条件设置(如图6)所示。通过调整出口流量,计算对应流动损失,获得管路段A的流阻特性曲线。

经计算分析后,风机A应满足如下条件:

650 m3/ℎ < Qfan < 1470 m3/ℎ 。

垃圾处理中心除臭系统设计评估与风机选型

图6:管路段A的Flownex网络及边界条件


 管路段B

使用相同方法获得管路段B的流阻特性曲线。此段管路入口即为管路段A(或风机A)出口,因此将其流量设定为管路段A的流量极限值Q1=1500 m3/ℎ。

对于管路段B,当出口流量为3000—20000 m3/ℎ时,吸风口进气速度均在0.2m/s到7m/s的范围内。

由此,风机B应满足:

3000 m3/ℎ < Qfan < 19000 m3/ℎ。

垃圾处理中心除臭系统设计评估与风机选型

图7:管路段B的Flownex网络及边界条件


 管路段C

使用相同方法获得管路段C的流阻特性曲线。除变化数值的流量出口外,其余进气口均设定为压力边界,Ptot = 1atm。

基于同样的判定标准,风机C的合理范围为:

3100 m3/ℎ < Qfan < 49000 m3/ℎ

垃圾处理中心除臭系统设计评估与风机选型

图8:管路段C的Flownex网络及边界条件


结论

Flownex作为一款优秀的一维热流体系统分析软件,通过对现有垃圾处理中心通风环境系统的评估,可很快找出各个吸风口风量不均的实际原因,为后期扩容改造或风道优化设计及优化运行参数提供重要的技术支撑。

随着垃圾处理中心的数字化、智能化改造发展趋势,Flownex可以接入BIM系统,并与其他数字孪生平台结合(如ANSYS TWIN BUILDER),可实现通风系统关键设备与部件的动态运行优化与诊断,从而提高运行效率、降低能耗、延长设备的使用寿命,提高设备的可靠性。



*本文版权归上海安世亚太所有,

如需转载,请与我们联系。

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2020 - 09 - 26
翻译:赵亚  上海安世亚太流体应用工程师本文共计1320字,阅读时间预计5分钟编者按上周我们谈到多相流的分类及仿真方法,如果大家记忆有些模糊的话,点此链接来回忆上篇内容吧!接下来作者会进行案例分析和行业解决方案解析,展示ANSYS在多相流仿真领域的运用。多相流仿真展望即使当今多相流仿真功能已经十分强大,但是工程师仍在努力推进多相流仿真的边界。他们将融入并模拟更多的物理模型:物化反应、运动物体、高速、尺寸变化、相变和热交换,并解决更大规模物理系统的问题。例如,一家能源生产商对油水重力分离器进行了模拟,网格总数超过10亿个单元。除了石油和天然气,化工、电力、汽车、航空航天和海工装备等工业领域也在更多地应用多相流模拟。例如,泳装生产厂商Speedo应用多相流模拟优化护目镜设计。相比于游泳者体型,液滴尺寸非常小,护目镜模拟需要高精度网格捕捉液滴作用力。水膜厚度至少需要10个网格单元解析计算,进而导致网格总数急剧增加。▲ Speedo应用多相流模拟设计高性能泳镜,由Speedo提供。多相流仿真案例分享:全自动洗碗机为了优化全自动洗碗机的能量使用效率和用水量,工程师运用多相流和多物理场模拟多种流型变化:从旋转臂上的喷嘴喷出的射流、射流飞溅在餐具上形成水膜、液膜或水滴从餐具上滑落以及旋转臂下的积水过程。他们使用ANSYS Fluent的拉格朗日方法模拟了水喷射流以及液滴从旋转喷射臂到餐具的完整运动过程。■ 拉格朗日液膜模型准确模拟了喷射水流冲击餐具形成薄膜的过程,并可计算薄膜厚度、覆盖率以及其受喷射臂设计因子的影响。■ VOF模型用于模拟重力引起的流动以及液膜和液滴滑落到洗碗机底部积水池的过程。■ 蒸发和冷凝模型模拟了干燥过程。全自动洗碗机的多相流模拟只是其完整的多物理场系统仿真的一部分,完整仿真流程还包括:ANSYS SpaceClaim快速创建...
2020 - 09 - 23
翻译:赵亚  上海安世亚太流体应用工程师本文共计1785字,阅读时间预计6分钟编者按作者分析了多相流的分类、仿真方法及未来发展方向,深入剖析了真实的产品案例和行业解决方案,并提出ANSYS仿真工具可以快速、高效地解决产品设计在多相流仿真中遇到的挑战,为企业的产品设计和生产节约成本。无论是设计高超声速运载工具的除冰系统、进行血液酶测试,还是输送和熔化稀有金属粉末化合物以进行增材制造,或是为偏远地区配制一套过滤系统以提供洁净的饮用水,工程师都需要考虑液体、固体和气体之间的相互作用。在这些不尽相同的多相流应用中,每一种仿真都需要不同的建模方法。40多年来,ANSYS开发了可以精确模拟多相流的仿真工具,已经被广泛运用在各个工业领域,以预测产品性能。精确的多相流仿真依赖于精确的物理模型精确的多相流模拟依赖于各相之间的机械、热和化学相互作用的精确预测,但是观测这些物理过程成本高昂甚至会遇到难以观测的问题。现在,工程师可以依靠多相流建模与仿真技术,深入了解并掌握提高效率、产量、安全性、可靠性的要素。■ 多相流模拟可以展现随地点位置变化的流型状态。例如,油气井底的流型可能完全是单相液体,但随着高度升高,气泡逐渐生成,流型会过渡到多相状态。因此在此类物理过程中,在不同的地点位置需要设置不同的多相流模型。■ 多相流模拟比单相流模拟的难度更高。完整描述多相流需要求解每一相的质量、动量和能量方程以及各相之间的相互作用。由于物理现象的多样性和多种流型同时存在的可能性,各相之间的合理模拟变得至关重要。▲ 油气井底部可能完全充满液体,但在上升过程中,压力下降,由于溶解气体析出,流型将过渡到气泡流。油气井仿真需要多种多相流模型精确的模拟不同井深处的特殊流型。自由表面流自由表面流包括两种或更多种不混溶的流体,每种流体被假定为在大部分流域具有连续性特征。每种流体有明显可识别的流动...
2020 - 09 - 16
作者:陈诗佳  上海交通大学-巴黎高科卓越工程师学院谢文丽  上海安世亚太流体应用工程师本文共计1755字,阅读时间预计6分钟编者按作者使用Flownex对垃圾处理中心通风系统的局部管线进行模拟,对敞开式处理车间和封闭罐装设备的环境通风系统做出整体评估,并提出改进建议,同时对管线上的风机选型提出明确要求。研究目的随着国内环境三废处理规范要求越来越明细化,各种环保处理工艺可以说是百花齐放。但由于环保处理的对象具有极其复杂的来源,因此各种工艺和设备的处理效率仍需不断提高。这里就针对有机质固废集中处理中心的敞开式处理车间(低浓度臭气)和封闭罐装设备(高浓度臭气)的环境通风系统做一个评估。■ 处理车间的臭气产生量与处理废弃物种类、处理量、停留时间有关,这种环境下空气的换气率指标是有相应标准限定的。■ 对于封闭罐装设备来说,高浓度臭气的产量与种类、储量、时间、压力、温度等参数相关。有了这些基础数据以后,一般通风系统的管道布置设计就可以开始了,同时可以进行风机选型。由于垃圾处理中心处理的种类随着季节、处理量而变化,通风系统需要随之重新改造或升级。因此,对现有通风系统的评估和改造是相关企业经常面临的事。本文使用集成CFD程序的一维管网系统设计软件——Flownex,对垃圾处理中心的通风管路系统的局部管线进行模拟,评估现有运行参数下每一个吸风口的风量,并提出改进建议,同时对管线上的风机选型提出明确要求。Flownex软件简介Flownex是一款优秀的一维管网系统热流体设计、优化软件。■ 它在电力、核能、化工、船舶、燃机、建筑、天然气管网、航站楼飞机供油管路系统等领域都有广泛的运用。■ 它含有丰富的过流元件(图1所示)(如管道、阀门、换热器)、流动控制元件、动力元件(风机、水泵、压缩机、锅炉、燃烧室、核电反应堆等)、从动元件(汽轮机...
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