10.行業(yè)問題和基準：旋風分離器在極端溫度下的性能預測 

氣體旋風分離器是在工業(yè)中最常用的分離設備。

考慮用于確認目的的旋風分離器總體視圖如圖36所示。表4中的幾何條件定義了旋風分離器。所有顯示的參數(shù)以及實驗數(shù)據(jù)均來源于Lorenz (1994)。

圖36：旋風分離器模型的總體視圖。

SOLID WORK S Flow Simulation使用350000個單元的計算網(wǎng)格進行計算。仿真采用瞬態(tài)方法。時間步長 Δtc可以普通形式提供：

此處Dd– 灰塵出口直徑、Dvf– 渦流探測器直徑、Dbar– 筒直徑、Uinlet– 在旋風分離器入口處的速度。

表4：旋風分離器模型的主要幾何尺寸。

計算結果如圖37-39所示。

圖37：3 s物理時間仿真之后、在80 m3/h體積流率下、環(huán)境空氣（200℃）的旋風分離器內(nèi)的壓力分布（左）和速度分布（右）

圖38：不同溫度下旋風分離器的壓降。

圖39：在60 m3/h體積流率和不同氣溫下的分級效率曲線。

旋風分離機內(nèi)的流場如圖37所示。可在該處找到典型的壓力和速度分布。

圖38顯示了不同氣溫下預測的壓降與來自Lorenz (1994)的實驗數(shù)據(jù)的對比。它證實了大多數(shù)操作條件與實驗結果非常一致。計算結果與實驗數(shù)據(jù)的相差通常在5% - 10%之間。僅針對熱氣流體時，相差會變大。

SOLID WORK S Flow Simulation預測的從環(huán)境溫度到極端溫度下操作的旋風分離器分級效率如圖39所示。預測值處的豎直欄表示在5個計算系列中獲得的最大和最小去除概率。微粒密度為2650 kg/m3。

可看到SOLID WORK S Flow Simulation預測的旋風分離器分級效率與報告的數(shù)據(jù)（Lorenz, 1994）非常一致。應特別關注切斷大小（微粒大小，低于此可實現(xiàn)50%的微粒去除）非常好的預測。

4.結論

關于全球CAE市場的趨勢分析清楚地表明：在解決當今工程設計問題中CFD計算市場份額穩(wěn)定增長。以前的CFD計算主要用于航天、汽車、發(fā)電和電子工業(yè)，但現(xiàn)在此類計算幾乎對所有行業(yè)都至關重要。SOLID WORK S Flow Simulation是運用CAE技術（即流體力學和熱傳導）滿足設計工程師日常所需的典型示例。

對于以項目為導向的工程師所使用的軟件，實際上在大多情況下，不可能將驗證和確認分開，因為軟件中內(nèi)置有高度的自動化。這意味著軟件驗證/確認活動幾乎是一個統(tǒng)一體，在指代這一類活動時，這些術語被一起使用，甚至用其首字母縮寫V&V作為簡稱。

由于SOLID WORK S Flow Simulation使用了笛卡爾網(wǎng)格，以及一些工程技術和方法，與傳統(tǒng)的CFD軟件相比，數(shù)值計算在很粗糙的網(wǎng)格上也達到可接受的準確度。正因為如此，用戶可使用相對適中的計算資源計算非常復雜3D例子中的流體流動和熱傳導。

當前SOLID WORK S Flow Simulation質(zhì)量保證中使用的V&V步驟采用確認測例的四級分類。可通過倒金字塔圖形顯示這四個級別，每一級以前一級為基礎，并受到前一級的支持。

通常而言，這些級別內(nèi)的確認測例的分類取決于例子的復雜度、參考數(shù)據(jù)的可用性及其準確性等等。隨著幾何和流體復雜度的增加，觀察到實驗數(shù)據(jù)可用性降低和準確度減小的趨勢。此四級分類具有動態(tài)結構。隨著SOLID WORK S Flow Simulation的發(fā)展，V&V活動，尤其是新測例的開發(fā)，轉換到更高級別。

本文所展示的每一個級別的典型確認測例證實了SOLID WORK S Flow Simulation軟件多年來已成功地確認了各種各樣的問題。通過SOLID WORK S Flow Simulation數(shù)值地復現(xiàn)了實驗數(shù)據(jù)和解析解，并具有可以接受的準確度。相對粗糙網(wǎng)格的良好性能、CAD嵌入式功能、高級別的自動化和可用性，這些特點結合起來使SOLID WORK S Flow Simulation軟件成為針對工程設計和分析的非常適當和有用的CFD工具。