Mechanical Engineering and Technology 机械工程与技术, 2013, 2, 129-133 http://dx.doi.org/10.12677/met.2013.24025 Published Online December 2013 (http://www.hanspub.org/journal/met.html) The Liquid Analysis of Deduster Dehydration by ANSYS/FLOTRAN Yueyue Ma, Ying Wang Sany Heavy Equipment Co., Ltd., Shenyang Email: mayeye@sany.com.cn, sany-mayueyue@163.com Received: Sep. 11th, 2013; revised: Oct. 6th, 2013; accepted: Oct. 14th, 2013 Copyright © 2013 Yueyue Ma, Ying Wang. This is an open access article distributed under the Creative Commons Attribution License, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. In accordance of the Creative Commons Attribution License all Copyrights © 2013 are reserved for Hans and the owner of the intellectual property Yueyue Ma, Ying Wang. All Copyright © 2013 are guarded by law and by Hans as a guardian. Abstract: In this paper, we adopt ANSYS/FLOTRAN to simulate two-dimensional fluid of deduster dehydration, ob- tain the gas distribution and pressure value between the inlet and outlet of deduster dehydration, and get the optimal structure with low air resistance by comparison with the structure of foreign products. Keywords: The Deduster Dehydration of Roadheader; ANSYS/FLOTRAN; Optimal Design 基于 ANSYS/FLOTRAN 的除尘器脱水板的流体分析 马月月,王 颖 三一重型装备有限公司,沈阳 Email: mayeye@sany.com.cn, sany-mayueyue@163.com 收稿日期:2013 年9月11 日;修回日期:2013年10月6日;录用日期:2013 年10 月14 日 摘 要:本文采用 ANSYS/FLOTRAN对除尘器脱水板的空气流体进行二维模拟,得出除尘器脱水板空气的分布 和进出风口的压差,并通过和国外产品除尘器脱水板结构的流体分析的比较,得出空气阻力小的优化结构。 关键词:掘进机除尘器脱水板;ANSYS/FLO TRA N;优化设计 1. 引言 由于井下巷道掘进过程中存在大量的粉尘,为保 障操作人员的健康,掘进机使用过程中需要配备除尘 设备。 除尘器脱水板是掘进机除尘器的重要部件,脱水 板间的流场分布直接影响除尘效果。传统的模拟试验 法劳动强度大、试验周期长、投入成本高,所以采用 有限元模拟成为了设计趋势。 除尘器脱水板计算有一定局限性,其各部分的几 何形状复杂且有凹槽凸起部分,加之除尘器脱水板中 的风道很短,各风道之间相互有一定影响,常规的有 限元计算难以真实的模拟现实中的空气流动状态。 为此,本文采用 ANSYS/FLOTRAN 对除尘器脱 水板的空气流体进行二维模拟,得出气流流经除尘器 脱水板的压力分布图和速度矢量图,除尘器脱水板空 气的分布状态和进出风口的压差,为除尘器脱水板设 计提供可靠依据,并通过和标杆除尘器脱水板结构的 流体分析的比较,得出空气阻力小的优化结构[1]。 2. 分析模型 本分析主要就两种型号的脱水板进行分析分别 是:1) A型除尘器脱水板;2) B 型除尘器脱水板。其 Open Access 129 基于 ANSYS/FLOTRAN 的除尘器脱水板的流体分析 中A型除尘器为我司产品,B型除尘器为德国标杆产 品。两种除尘器脱水板的截面示意图如图 1所示。 3. 流体初始条件 3.1. 除尘器脱水板的初始条件 流体的介质:空气; 流体的密度:1.2 Kg/mm3; 流体的粘度:1.57 e3 m2/s; 入口速度:25 m/s; 出口压力:−3000 Pa。 3.2. 除尘器脱水板流体状态的确定 流体的状态按不同的区分方式,可分可压流和不 可压流、层流和紊流、亚声速流和超声流等,在 ANSYS/FLOTRAN 中均有相应公式作为判断准则。 可压流与不可压流用马赫数来进行判别。 M VRT (1) 其中,V为速度; 为绝热系数;R为气体常数;T 为热力学温度。 当马赫数小于0.3 时,当不可压缩处理,大于 0.3 时为可压缩;当马赫数大于 1时,流体为超音速,马 (a) (b) Figure 1. Deduster dehydration diagrammatic sketch, (a) A type deduster dehydration; (b) B type deduster dehydration 图1. 除尘器脱水板示意图,(a) A型除尘器脱水板;(b) B型除尘器 所选模 脱水板 赫数小于 1为亚音速。型马赫数小于 0.3,为 判别。 不可压缩、亚音速流体。 层流和紊流用雷诺数来 e RVD (2) 其中,ρ为密度;V为速度,D为水力直径,μ为动力 时为紊流, 为层流。所选 模型 态为不可压紊流 分析过程 4.1. 有限元模型的建立 分析中假设除尘器脱水板的流道是密闭的,为了 减少计算 4.2. 网格划分 选取 ANSYS 中用于FLOTRAN CFD分析的 2D 单元 4.3. 边界条件设定 在流体模型的进口处施加 X方向速度为 25 m/s、 其它方向 粘度。 当2300 e R 1.44 10 e 2300 e R 所以除尘 52300R为紊流。 器脱水板 的流体状 [2]。 4. 量,在 Auto/CAD 中建立除尘器脱水板的二 维模型对其进行模拟,并且只建立单层的流道进行分 析。两种型号的脱水板的 2D模型如图 2所示。 FLUID 141来模拟流体的分析。对网格进行0.5 mm 的四面体网格的划分。 速度为零的进口速度条件,设置其他壁面为 无滑移边界条件。在出口的壁面上施加−0.003 MPa 的 出口压力,除尘器脱水板的整体边界条件施加情况如 图3所示。 Figure 2. 2D model of two types of dehydration 图2. 两种型号的脱水板的 2D 模型 Open Access 130 基于 ANSYS/FLOTRAN 的除尘器脱水板的流体分析 Open Access 131 4.4. 流体特性的设置[3] 根据之前的计算,设置流体特性为紊流并且不可 压缩,建立流体性质,设置流体介质为空气,并且为 了保持单位的一致性,选择mm 作为计算的单位,设 置流体计算的迭代步骤为 40。 4.5. 求解及后处理[4 ,5] 由于两种结构的除尘器脱水板的初始条件、流体 特性和边界条件一致,故分别设置后进行求解并经过 后处理后得到以下结果。 Figure 3. Two types of deduster dehydration whole boundary con- 图3. 两种型号除尘脱水板的整体边界条件施加 1) A型除尘器脱水板 dition load 通过观察进出风口风速矢量图(如图 4(a))、等压 (a) (b) Figure 4. A type dedusterhydration result contour 图4. A型除尘器脱水板的结果云图 de 基于 ANSYS/FLOTRAN 的除尘器脱水板的流体分析 力云图(如图 4(b)),出风口最大风速 倒第个折速较大,为 10 /s。进出 风口压 0.349 ,最大压力出现 从图第二个折弯处 着一定 量的小漩涡及 。由于脉动量的存在,这些漩涡及 回流造成了较大的局部能量损失。从图 4(b)中可以看 出,在喷头流道的压力场中,流体压力值在入口处变化 显著。脱水板管道中压力变化平缓。 2) B 型除尘器脱水板 口风速矢量图(如图 5(a))、等压 力云图(如图 5(b)),出风口最大风速 25 m/s 近第一个折弯较大,为 95 出风口 压差 0.6 M压力出现在入 从图以看出,第一个折弯处存 一定量 的小漩涡 由于脉动量的存在,这些漩涡及 回流造成了一定的局部能量损失。从图 5(b)中可以看 出,在喷头流道的压力场中,流体压力值 变 化显著。脱水板管道中压力变化平缓,压 25 m进出风/s 左右、靠 通过观察 近 二 弯处的风3.27 m 差 MPa在入风口处。 4(a)可以看出,倒存在 回流区 左右、靠 处的风速 .84 m/s。进 17 Pa,最大 口圆角处。 5(a)可 在着 及回流区。 在入口处 降较小。 (a) (b) Figure 5. B type dedusterhydration result contour 图5. B型除尘器 板的结果云图 de 脱水 Open Access 132 基于 ANSYS/FLOTRAN 的除尘器脱水板的流体分析 5. 结论 个除尘器脱水板的两种工况的有限元分 析,可以得出除尘器脱水板的速度矢量图、总体应力 图,为设计提供参考依据,并得出以下结论。 1) 经过分析比较,A型除尘器脱水板的管道的进 出口速度比较平稳,减 局部能量损失; 虽然 B型除尘器脱水板的管道的最大速度值 较A尘器脱水板的最大速度小,但是由于 A 除尘器脱水板 脱水板组成,整个流道内的 速较 B型除尘器脱水板相对平稳; 3) A型除尘器脱水板的入口压强比较大,应对入 口结构进行优化,避免入口压强过大对于脱水板的 害; B 型除尘器脱水板作为标杆产品,较 A型除尘 压力损失小的优点; 5) 综合比较,A型除尘器脱水板的结构优于 B 型除尘器脱水板的结构。 参考文献 (References) ) ANSYS/FLOTRAN 在对喷 矿山 , 10, 81-83. ), 4, , 4-7. 通过整 少了 2) 型除 是由三层 型[2 流3 损[5 4) 器脱水板有流道短, [1] 姚世东, 王永强, 陈海炎 (2008 流除尘系统优化中的应用. 金属 ] 赵凤芹, 李和孝, 周立瑶 (2010) 基于 ANSYS/FLOTRAN 秸 秆挤压机流场的数值模拟. 东华大学学报 ( 自然科学版 63-365. [3] ANSYS Inc. (1998) CFD FLOTRAN analysis guide. ANSYS Inc. Publishers, Pittsburgh. [4] 陶平凯 (2012) 基于 ANSYS FLOTRAN的管道输送参数化. 金属矿山 , 11, 43-45. ] 李建伟 (2011) 基于ANSYS 的汽车用废气涡轮机进气管路 优化设计与分析. 农业装备与车辆工程 , 1 Open Access 133 |