论文部分内容阅读
一、说明
本例中臭氧均布器的主要设计目标是通过简单、安全可靠的结构方式，确保臭氧和烟气在0.2秒内混合均匀，并预留反应段，保证臭氧气体与待处理烟气的混合度，充分反应、充分氧化，为后端的吸收中和反应提供条件。因此，在给定烟气和臭氧流量的情况下，需要通过仿真分析，计算出能够满足要求的混合均匀度，从而设定合理的臭氧喷嘴个数，并进行合理的几何尺寸设计及空间排布。这样可以在设计阶段及时发现并纠正设计中的问题，确保产品质量和交货周期。
二、臭氧均布器分析准备
1.分析用三维模型
图1是经过简化后的臭氧均布器三维模型。
为了把出入口处对所关心的喷嘴处流场的影响减到最小，把原三维模型的入口和出口进行了适当延长，图1是延长后的分析用模型。
2.边界条件
3.计算域
计算域是用于执行流动和热传递计算的区域。SolidWorks Flow Simulation使用向导方式创建新项目时，将自动创建包含模型的计算域。计算域是一个可用于 3D分析和2D分析的长方体区域。计算域边界平行于全局坐标系平面。
SolidWorks Flow Simulation也可以手动设置域以减少内部分析的计算域，或将计算域的边界平面移到外部，分析固体的更近或更远处。本例中的计算域尺寸如表1所示。
4.初始条件
所有稳态流动问题最初都被视为随时间变化的问题，并作为从指定初始流动状态到稳态流动的变化（在本例中是作为迭代），按时间步长进行解析。因此，必须在整个计算域中指定初始流动条件，即独立流动参数的初始分布。如果要以较短时间解析内部问题，只需指定比较接近假定解的初始条件。本例中的初始条件设置如表2所示。
5.流体介质设置
流体：烟气，臭氧。
6.分析目标设定
SolidWorks Flow Simulation将所有稳态流动问题均视为随时间变化的问题。求解器模块以内部确定的时间步长进行迭代以寻找稳态流场，因此需要确定已获得稳态流场的标准，以便停止计算。
SolidWorks Flow Simulation包含用于停止求解进程的内置标准，称为目标。目标作为项目中的相关参数指定，因此从工程角度来看，可以将它们的收敛视为获得稳态解的过程，目标收敛是完成计算的条件之一。本例中设定的各种分析求解目标如表3～表8所示。
三、分析结果
计算完成后，可以查看流动参数分布并使用SolidWorks Flow Simulation中提供的各种结果处理功能和工具分析结果。
1.计算网格
本例中得出的网格数如表9所示。
2.计算时间
计算时间为16 857s（约4.68h）。
3.压力分布
图2是混合器纵剖面绝对压力分布图，由图2可以看出混合器进出口压差约80Pa，臭氧进口和混合器出口压差约2kPa。
4.速度分布
图3是混合器纵剖面速度分布图，图4是混合器水平剖面速度分布图。由图3、图4可大致看出臭氧进口处平均速度为17.88m/s，混合器进出口平均速度约为9.4m/s左右。喷嘴处速度最大，由于各喷嘴位置不同，它们的平均速度从23.4m/s到38.4m/s不等。由此可以看出喷嘴的分布对于混合均匀度的影响还是很重要的。
5.烟气，臭氧混合均匀度
图5、图6是混合器中烟气所占体积的百分比，从图5、图6中可以看出在混合器后部绝大部分区域已基本均匀，仅个别小区域（图中绿色区）烟气所占比例略低。
6.目标结果
图8是所关心部分的分析结果报表图。
四、结语
通过分析计算可以快速准确地了解到臭氧均布器相关的混合均匀度信息及流场压力、速度等参数，甚至还可以计算温度、磨损性和积滞等问题。应用该手段，可以快速找到影响产品性能的关键参数，提高产品质量，缩短研发周期，减少样机制造费用，大大增加企业效益，增强核心竞争力。
本例中臭氧均布器的主要设计目标是通过简单、安全可靠的结构方式，确保臭氧和烟气在0.2秒内混合均匀，并预留反应段，保证臭氧气体与待处理烟气的混合度，充分反应、充分氧化，为后端的吸收中和反应提供条件。因此，在给定烟气和臭氧流量的情况下，需要通过仿真分析，计算出能够满足要求的混合均匀度，从而设定合理的臭氧喷嘴个数，并进行合理的几何尺寸设计及空间排布。这样可以在设计阶段及时发现并纠正设计中的问题，确保产品质量和交货周期。
二、臭氧均布器分析准备
1.分析用三维模型
图1是经过简化后的臭氧均布器三维模型。
为了把出入口处对所关心的喷嘴处流场的影响减到最小，把原三维模型的入口和出口进行了适当延长，图1是延长后的分析用模型。
2.边界条件
3.计算域
计算域是用于执行流动和热传递计算的区域。SolidWorks Flow Simulation使用向导方式创建新项目时，将自动创建包含模型的计算域。计算域是一个可用于 3D分析和2D分析的长方体区域。计算域边界平行于全局坐标系平面。
SolidWorks Flow Simulation也可以手动设置域以减少内部分析的计算域，或将计算域的边界平面移到外部，分析固体的更近或更远处。本例中的计算域尺寸如表1所示。
4.初始条件
所有稳态流动问题最初都被视为随时间变化的问题，并作为从指定初始流动状态到稳态流动的变化（在本例中是作为迭代），按时间步长进行解析。因此，必须在整个计算域中指定初始流动条件，即独立流动参数的初始分布。如果要以较短时间解析内部问题，只需指定比较接近假定解的初始条件。本例中的初始条件设置如表2所示。
5.流体介质设置
流体：烟气，臭氧。
6.分析目标设定
SolidWorks Flow Simulation将所有稳态流动问题均视为随时间变化的问题。求解器模块以内部确定的时间步长进行迭代以寻找稳态流场，因此需要确定已获得稳态流场的标准，以便停止计算。
SolidWorks Flow Simulation包含用于停止求解进程的内置标准，称为目标。目标作为项目中的相关参数指定，因此从工程角度来看，可以将它们的收敛视为获得稳态解的过程，目标收敛是完成计算的条件之一。本例中设定的各种分析求解目标如表3～表8所示。
三、分析结果
计算完成后，可以查看流动参数分布并使用SolidWorks Flow Simulation中提供的各种结果处理功能和工具分析结果。
1.计算网格
本例中得出的网格数如表9所示。
2.计算时间
计算时间为16 857s（约4.68h）。
3.压力分布
图2是混合器纵剖面绝对压力分布图，由图2可以看出混合器进出口压差约80Pa，臭氧进口和混合器出口压差约2kPa。
4.速度分布
图3是混合器纵剖面速度分布图，图4是混合器水平剖面速度分布图。由图3、图4可大致看出臭氧进口处平均速度为17.88m/s，混合器进出口平均速度约为9.4m/s左右。喷嘴处速度最大，由于各喷嘴位置不同，它们的平均速度从23.4m/s到38.4m/s不等。由此可以看出喷嘴的分布对于混合均匀度的影响还是很重要的。
5.烟气，臭氧混合均匀度
图5、图6是混合器中烟气所占体积的百分比，从图5、图6中可以看出在混合器后部绝大部分区域已基本均匀，仅个别小区域（图中绿色区）烟气所占比例略低。
6.目标结果
图8是所关心部分的分析结果报表图。
四、结语
通过分析计算可以快速准确地了解到臭氧均布器相关的混合均匀度信息及流场压力、速度等参数，甚至还可以计算温度、磨损性和积滞等问题。应用该手段，可以快速找到影响产品性能的关键参数，提高产品质量，缩短研发周期，减少样机制造费用，大大增加企业效益，增强核心竞争力。