CFX软件介绍 - 图文(3)

2020-04-21 00:35

强大的网格功能大大缩短了前期建模的时间,并且能提供高质量复杂网格。计算考虑了车轮的转动,以及地面的运动(50km/h)。采用了CFX的并行功能。

德国的SVA (Schiffbau-Versuchanstalt Potsdam GmbH)采用CFX模拟的船后螺旋桨转动对船体的影响。计算采用瞬态rotor-stator模型,模拟显示了瞬态的压力脉动对船体和舵都有很大影响,并且压力脉动也是噪音的根源。SVA研究人员认为,和通常的稳态计算相比,此次瞬态模拟的结果更精确,也更加加深了他们对螺旋桨周围流动现象的理解。

上图是CFX模拟的汽车空调系统,36个风扇叶片周围的压力分布。通过CFX的模拟,能帮助汽车工程师提高空调的效率,降低汽车空调噪音,改善空调气流的品质,从而在整体上提高汽车的舒适程度。

船舶工业

CFX计算的船舶问题。船行速度为2.064 [m/s] 或 4.03[knots],整船的计算阻力为43.9 [N],而实验结果为44.3[N]。误差几乎为1%,计算采用了CFX的自由液面模型,并用自适应网格技术来加密自由液面的网格,从而更精确地捕捉到自由液面。

NSWCDD (Naval Surface Warfare Center Dahlgren Division)是美国海军最大的研究实验室。上图是NSWCDD用CFX模拟的某型号潜艇在水下的运动。图中显示的是潜艇转弯时周围的流线。

NSWCDD研究人员通过使用CFX,能更快地设计出在阻力、机动性等方面都有很大提高的潜艇。

建筑工业

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次方函数关系式,因此将风力发电机安装在风速最大的迎风坡面上,会大大提高风力发电厂的输出电力。有关人员采用CFX模拟得到山区周围的风场细节,不仅减少了许多繁重的风场测量工作,更能有效地节省设计时间。

火灾通风

这是英国一家建筑工程服务咨询公司BDSP用 CFX模拟的伦敦街区一角的外部风场,图中显示了建筑物表面的压力分布。BDSP的人员称,采用CFX模拟建筑物的风载,可以为建筑的强度设计提供有效的压力数据,同时针对建筑物的具体特点,设计更灵活的通风系统。BDSP设计人员还借助CFX的模拟图片向客户解释一些复杂的问题。

CFX模拟的某帐篷式大型体育场的内部通风问题。图中显示的是体育场表面的网格划分。CFX可以帮助设计师在设计初期就得到体育场内的详细流场信息,从而及时发现可能存在的通风隐患,修改通风设计方案,加快设计周期,提高设计质量。

ICF Kaiser Engineers公司是一家历史悠久的交通工业企业,被公认为是地铁通风领域的技术创新者,也是首家利用CFD技术模拟地铁火灾及通风的企业。在对几个主要CFD软件的试用之后,ICF 最终选择了CFX作为其模拟地铁火灾通风的分析工具。ICF的工程师认为,CFX的稳健性和灵活性更能满足他们的要求。图中显示为ICF模拟的某地铁站着火后的温度和速度分布。

瑞士公用事业公司利用CFX模拟的Crosin山区的风场,用于改进风力发电厂的输出电力。由于风力发电机的输出电力是风速的三

CFX模拟的格林威治千年圆顶屋的火灾与通风。考虑了包括太阳、展览物、照明设备

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以及入口产生的热源,并且考虑了季节不同带来的差异。通过CFX的模拟,设计人员改善了通风条件,在保证安全的基础上,最大限度地提高了室内通风的气流品质,增加了游客在圆顶屋内的舒适度。

上图是CFX模拟的直径为20米的油池燃烧后的池火现象。采用了基于浮力修正的湍流模型,CFX成功克服了池火现象中层流和湍流并存而给模拟带来的困难。模拟出的池火特征和Cetegen-Ahmed关系式吻合良好。

法国电力公司(EDF)是世界上水电设备的主要制造商之一,图中显示的是EDF为莱茵河上的KEMBS水电站设计的Kaplan 水轮机。通过CFX模拟,EDF的设计人员发现,他们可以在不增加整机压力损失的前提下,有余力提高水轮机的流量。采用CFX后,EDF大大缩短了设计水电设备的时间。目前,CFX已经成为EDF进行设计分析的必需工具。

旋转机械

北美的EMP公司采用CFX模拟的常规涡壳水泵。BMP的工程师说,CFX的通用网格界面(GGI)模型使得他们能够用更短的时间,轻松完成涡壳和叶片的网格划分,而所得到的结果包括水泵内每一点的速度和压力,这是实验测量所无法完成的。他们通过CFX模拟,分析水泵内的分离区和回流区产生的原因并加以改进,提高了水泵的效率。

英国ALSTOM公司采用CFX模拟的叶片内部冷却通道。采用ICEM生成了四面体网格,考虑了流体和固体之间的耦合传热(CHT)。ICEM的高质量网格和CFX稳健的全隐式耦合多网格算法,使得这种复杂的流动和导热耦合问题得以成功模拟。

能源工业

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CFX模拟的500 Mwe电站煤粉锅炉炉内燃烧。该锅炉安装了48个旋流稳燃低Nox燃烧器,考虑了平板过热器的影响,结果显示了在燃烧器喷流交叉形成的高温、高氧区,Nox生成速率大。模拟了三种不同的英国煤在不同过量空气系数的工况下燃烧,其中Nox浓度和炉膛出口处的未燃碳与测量值的误差分别在15%和3%以内。此项目得到了英国贸易和工业部的支持。

石油化工

上图显示的是管壳换热器的流线及温度分布。CFX强大的全隐式耦合算法允许其同时考虑管外流体、管内流体、以及管壁部分的耦合传热。通过CFX的模拟,能得到换热器内局部过热的具体位置,为进一步改造提供了丰富的信息。

澳大利亚联邦科学与工业研究组织(CSIRO)利用CFX模拟的流化床内气泡的形成和发展过程。由于和许多工业和大型研究项目的广泛合作,CFX的多相流模型一直处于仿真技术的前列。这些模型可以模拟任何扩散和连续流动的组合,包括液体、固体、气体和化学物质。

上图是IRD燃料电池公司采用CFX模拟的燃料电池中氧浓度的分布。他们选用CFX的目的是因为CFX丰富的物理模型和灵活的用户子程序接口,IRD的工程师利用用户子程序开发了专门的电化学反应模型,通过催化层的电化学反应速率模拟当地的电流密度。该模型为更好地利用催化层提供了有用的信息,例如能得到不同变量的梯度,而通过实验是很难得到这些信息的。

DOW化学公司采用CFX模拟废热回收装置内的温度变化过程,并准确预报了管内介质的出口温度。通过模拟,找出了原始设计的弊端在于换热面积过小,导致各管间温度相差较大。改进后的回收炉重新布置了管程的排列形式,提高了回收效率。DOW的设计人员认为,他们选择CFX的原因是因为其耦合传热功能和灵活的用户扩展性。

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Eastman化学公司在某化工设备中加入防腐添加剂后,用CFX模拟出添加剂的浓度分布。计算采用了CFX的网格自适应技术,以更好的捕捉添加剂的浓度变化。Eastman改变添加剂的投放位置,用CFX模拟来优化添加剂浓度分布,以达到最好的防腐效果。此项目缩短了Eastman的新设备设计周期,为其带来大约200万美元的附加收益。

冶金工业

HTA钢铁公司用CFX模拟来优化铸造炉内烧嘴的类型和位置。采用瞬态计算来发现流动的不稳定性,同时考虑了烧嘴内的流动和融池内的流动。CFX很好地模拟出了融池内因浮力驱动产生的二次流现象,以及诸如回流区、涡、表面波的发展、温度分布的不均匀性等设计缺陷。通过优化烧嘴类型和位置来克服这些缺陷,取得了明显的效果。

CFX模拟的钢水铸造过程,图中显示的是铸造模具内的流线及表面温度分布。CFX丰富的物理模型中包括了凝固模型,该模型考虑了瞬态的潜热变化、凝固过程中熔融区的阻力以及相变过程中的湍流衰减。

图为CFX模拟的连续加热炉,该炉采用直接加热方式,侧墙共布置12个烧嘴(钢带上面8个,下面4个)。通过CFX模拟可得出加热炉的总效率,钢带离开加热炉时横断面上的温度分布,以及从钢带表面的温度过热点。从图中温度分布可以看出,钢带有一角的温度过高,这会影响钢产品的质量。

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