横向气流和障碍物对锥面射流作用下吸气流动影响的数值模拟研究.pdfVIP

横向气流和障碍物对锥面射流作用下吸气 流动影响的数值模拟研究 沈阳建筑大学 贾瑜 林豹 摘 要：传统排风罩（接受罩除外）仅以吸气流作为控制气流，随着控制点距离增大气流吸 入速度衰减极快，有效作用距离短。新型的 Aaberg 排风罩以射流作用下吸气流动作为控 制气流，完全克服了传统排风罩的缺点，不但作用距离远，且吸气具有定向性。锥面射流 作用下吸气流动，是吹气流从锥面排风罩的喇叭型条缝喷口射出，和吸气流迭加形成的吸 气流动。本文利用 CFD 对锥面射流作用下的吸气流动进行数值模拟，研究了横向气流和障 碍物对锥面射流作用下吸气流动的影响。 关键词：Aaberg 排风罩；锥面射流；吸气流动；数值模拟 0 引言 Aaberg排风罩：在吸风口增加一射流装置，利用射流与吸气流的新型结合，形成射流 作用下的吸气流动，此气流控制方式是由丹麦制造商 C.P.Aaberg 首先提出，故将采用该种 控制气流的排风罩称为 Aaberg 排风罩。在这种新型控制气流中，整个控制气流是以吸气流 为主。射流一方面起到屏蔽作用，使吸气流控制在一定空间区域内，另一方面射流的卷吸作 用在吸气区域生成射流诱导流，并与吸风口的吸气流复合而成Aaberg气流。Aaberg排风罩 最显著的特点是沿着吸风口轴线的气流速度衰减慢，控制距离远，吸气具有定向作用，且排 风量小，不影响工艺操作。在实际应用中经常碰到有横向气流和各种障碍物的情况，通过对 横向风速和障碍物对锥面射流作用下吸气流动影响的研究，对三维锥面 Aaberg 排风罩在实 际应用中有更深入的了解，不但对污染物的控制与捕集更有效、节能，而且安装与操作也很 方便。 1 锥面射流作用下吸气流动的数值模拟及验证 应用FLUENT软件，采用K − ε 两方程模型与连续性方程、动量方程组成控制方程组， 有限体积法对方程离散，SIMPLE 算法，选取少数工况对锥面射流作用下吸气流动的速度场 进行数值计算，并与实验方法得到的速度场进行对比，验证数值计算方法的正确性。 1.1 模拟对象 模拟对象是一个锥形Aaberg排风罩，计算区域为一个半径1.5m的球体，锥形Aaberg 排风罩位于整个计算区域的中心，尺寸与实验设备相同，罩下连接风管。 1.2模拟过程 1.2.1 数值计算方法 具体方法如下：（1）对计算区域采用四面体网格进行划分，为了改善网格质量，对网格 进行光顺与交换单元面并对网格进行局部细化，喷口处是25mm*25mm,其他网格为85mm*85mm, 共有近共有近200000个节点； （2）应用SIMPLE方法求解动量方程，结合壁面函数法求解k − ε 方程和其它控制方程； （3）由于各个变量之间的强烈的非线性耦合关系，在求解过程中采用欠松弛技术以避免 发散； （4）流动方程的收敛准则为1× 10−3 。 1.2.2 边界条件的处理 （1）入口边界： 排风罩喷口设置为质量入口边界。 （2）出口边界： 吸气口边界设置为速度出口边界条件，计算域外围设置自由流出口 （3）固体壁面 其他未提及面设置为壁面，壁面设为无滑移边界条件，壁面是光滑的，所以其粗糙度的 厚度值为零。 K 值取来流入口动能的0.5％~1.5％计算； 2 υυ K = υυ×1% (3-1) 2 入口截面上的ε 为： 3 ε = C K 2 l (3-2) µ 其中：C =0.09 µ u——入口平均流速 l——湍流长度尺度，l=0.07 L,L为水利直径 1.3 数值模拟的结果与实验结果比较 本文排风罩尺寸有多种组合，其中吸气口直径保持 300 mm 不变。模拟了排风罩喷口宽 度11mm,吸气量800m3/h，三种轴向倾角