[發明專利]一種基于CFD的容塵狀態下多孔介質的阻力計算方法

有效

• 申請號: 202010964212.7
• 申請日: 2020-09-15
• 公開（公告）號: CN112100891B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發明（設計）人: 曹博文;魯進利;錢付平;趙瑞慶;龔呈;何杰;李晴;魏民;劉雅如
• 申請（專利權）人: 安徽工業大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/25;G06F30/28;G06F111/10;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 安徽知問律師事務所 34134
• 代理人: 平靜

本發明的一種基于CFD的容塵狀態下多孔介質的阻力計算方法，屬于計算機輔助工程技術領域，該方法將纖維過濾介質的細觀模型與CFD多孔介質的宏觀模型相結合，基于無因次壓力損失關聯式與達西滲流定律，整理得到清潔狀態下纖維過濾介質的粘性阻力系數，為CFD多孔介質模型提供清潔狀態的初始參數，實現了宏觀和細觀之間數據傳遞的關系。同時利用ANSYS?Fluent中用戶自定義函數，實現了氣固兩相流模擬中多孔介質區域對顆粒的捕集與負載以及壓力損失的變化，為研究容塵階段纖維過濾介質的壓力損失隨沉積量的變化規律，以及降低設備運行能耗、優化過濾過程以及提高過濾器的使用壽命提供指導。

技術領域

本發明涉及計算機輔助工程技術領域，更具體的說，涉及一種基于CFD的容塵狀態下多孔介質的阻力計算方法。

背景技術

工業除塵器與民用過濾器是一種經濟有效的顆粒物過濾設備，而核心濾料部分是決定其過濾性能的關鍵。研究容塵階段纖維過濾介質的壓力損失隨沉積顆粒量的變化規律，對降低過濾器運行能耗、優化過濾過程以及提高過濾器的使用壽命有著至關重要的作用。

近十年來，通過計算機技術對纖維過濾介質進行細觀結構的三維重建，并采用計算流體力學(computational fluid dynamics，CFD)對過濾器容塵階段的過濾性能進行研究十分流行。國內外大量研究者利用纖維過濾介質細觀結構模型直接進行容塵階段的數值模擬。但此種方法計算復雜，在目前的數值計算能力下，工作量巨大，不便于對容塵階段纖維過濾介質的壓力損失隨沉積顆粒量的變化規律進行研究。

除塵器與過濾器進行流場模擬過程中，其濾料部分通常簡化為CFD多孔介質模型。但是，如果需要進行氣固兩相流模擬，則需要解決三個關鍵問題：(1)多孔介質區域對顆粒的捕集；(2)多孔介質區域壓降隨粉塵負荷的動態變化；(3)根據表層過濾與深層過濾的特征，實現粉塵在多孔介質區域內不同的分布形式。

經檢索，中國專利申請號201910484081.X，發明名稱為：一種SCR脫硝催化劑的阻力計算方法，申請日為：2019年6月5日，該申請案包括如下步驟：建立SCR脫硝催化劑的細觀三維模型；對細觀模型進行網格劃分；對網格劃分后模型進行分析，得到細觀條件下SCR脫硝催化劑的阻力值；對所得阻力值進行擬合，得到SCR脫硝催化劑的阻力計算公式；建立SCR脫硝催化劑的宏觀模型，基于所述擬合得到的阻力公式，得出慣性阻力系數和粘性阻力系數；基于宏觀模型進行數值模擬分析，得到SCR脫硝催化劑的阻力值。但該申請案僅能計算出阻力值，而無法解決氣固兩相流模擬的問題，不能對過濾介質的壓力損失隨沉積顆粒量的變化規律進行研究。

發明內容

1.發明要解決的技術問題

鑒于目前大多利用纖維過濾介質細觀結構模型直接進行容塵階段的數值模擬，而此種方法計算復雜，在目前的數值計算能力下，工作量巨大的問題，本發明提供了一種基于CFD的容塵狀態下多孔介質的阻力計算方法，將細觀模型的模擬數據作為初始參數，并利用ANSYS-Fluent中用戶自定義函數，打破CFD多孔介質模型的局限性，實現了其對顆粒的捕集與負載，進而對容塵階段壓力損失進行計算。

2.技術方案

為達到上述目的，本發明提供的技術方案為：

本發明的一種基于CFD的容塵狀態下多孔介質的阻力計算方法，其步驟為：

步驟一、構建纖維過濾介質的細觀三維幾何模型；

步驟二、對細觀模型進行網格劃分，并保證最低網格質量高于0.25；

步驟三、將網格模型導入Ansys-Fluent軟件中進行流場分析計算，得到不同填充密度模型在不同過濾風速下的壓力損失；

步驟四、對細觀模擬的邊界條件與相關參數進行設置；

步驟五、通過改變纖維過濾介質的填充密度、纖維直徑、厚度與進口流量，得到細觀條件下纖維過濾介質的阻力值；