填料塔流体力学计算软件用户手册

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精 度 速 度 效 率 效 益

填料塔流体力学计算软件 2013.07.25.17 版

Weiwei Packing Ratting Version 2013.07.25.17

用户手册

WPR? Manual

维维计算机技术有限责任公司

Weiwei Computer Technology Co.,Ltd.

https://www.sodocs.net/doc/a814647330.html,

Email:htcsoft@https://www.sodocs.net/doc/a814647330.html,

序言

蒸馏技术是分离液体混合物的最常用方法，也是有效方法之一。填料塔是具体实现蒸馏操作常用的设备。根据装填的填料不同，填料塔分为散堆填料塔和规整填料塔两大类。由于填料塔的广泛应用，其流体力学计算是科学家和工程师最常遇到的繁琐的计算问题。

散堆填料出现较早，对它的研究比规整填料充分的多。但是因为规整填料的独特优点，近20年来中国科学家和产业界对于规整填料的研究异常活跃，并且创造了一些工业奇迹。直径高达8米以上的规整填料塔已经在正常运行中，充分展示了规整填料的潜力。即使这样，规整填料塔仍然年轻，对于它的计算理论还不很成熟，手工计算非常困难繁琐，实用的计算软件寥寥无几。客观地说，在我国，设计院、生产厂家乃至最终用户，在填料塔的流体力学和传质方面的计算上，计算的误差或者错误比较严重，非常粗略的估计充斥着设计行业。正常开车常常用很高的富裕度作为保证。填料塔流体力学计算软件（WPR）正是在此背景下诞生的。

WPR分为两个子模块：散对填料塔流体力学及传质计算（RPCD）和波纹规整填料塔流体力学及传质计算（SWPC）。

WPR使用的计算模型，是目前为止最新、最稳健的数学模型。吸收了多次国际学术会议的成果报告和专业组织的相关研究成果。流体阻力计算使用了比较严格的数学模型，严格的数值方法求解；传质系数使用了中国学者的修正模型。在WPR发布之前，由专家进行了半年的工程设计测试，并经过了开发者大量的工业实际考核。

WPR界面友好、操作方便、报表完整，并且报表能够输出为Excel文件；WPR支持Windows 98/me/2000/XP/2003，将随着Windows的升级而升级。

WPR版本历史如下：

日期完整版本号简易版本号说明

2006-01-01 V2006.01.01.10 V1.0 工程设计公司测试

2006-06-16 V2006.06.16.11 V1.1 首次公开发行

2006-09-22 V2006.09.22.12 V1.2 公开发行

2006-11-01 V2006.11.01.13 V1.3 优化算法、增添历史文件记录2006-12-01 V2006.12.01.14 V1.4 增添项目文件关联，操作性能图2007-01-01 V2007.01.01.15 V1.5 增强稳定性

2008-08-08 V2008.08.01.16 V1.6 增加Hysys接口

2013-07-25 V2013.07.25.17 V1.7 OS兼容性更新

目录

第一章 系统安装和启动 (1)

1.1 运行环境 (1)

1.1.1 硬件环境 (1)

1.1.2 软件环境 (1)

1.2 系统安装 (1)

1.2.1 硬件安装 (1)

1.2.2 软件安装 (2)

1.3 系统启动 (2)

1.3.1 单机版用户启动 (2)

1.3.2 网络版用户启动 (2)

第二章散堆填料塔基础 (4)

2.1 散堆填料的计算模型 (4)

2.2 模型数据来源 (6)

第三章散堆填料塔计算 (7)

3.1 软件系统 (7)

3.1.1 总体用户界面 (7)

3.1.2 菜单介绍 (8)

3.1.3 注意事项 (9)

3.2 计算 (9)

3.2.1 输入数据 (9)

3.2.2 计算 (11)

3.3 结果输出 (11)

3.4 举例 (12)

第四章 规整填料塔基础 (14)

4.1规整填料的计算模型 (14)

4.2 模型数据来源 (14)

第五章 规整填料塔计算 (15)

5.1 软件系统 (15)

5.1.1 总体用户界面 (15)

5.1.2 菜单介绍 (15)

5.1.3 注意事项 (17)

5.2 计算 (17)

5.2.1 输入数据 (17)

5.2.2 计算 (18)

5.3 结果输出 (18)

5.4 举例 (19)

第六章 HYSYS接口 (22)

6.1简介 (22)

6.2 接口使用方法 (22)

第七章 其它 (24)

7.1 软件升级 (24)

7.2 软件版本和非法破解 (24)

7.3 维维软件电子资讯 (24)

第一章系统安装和启动

1.1 运行环境

1.1.1 硬件环境

WPR对硬件环境没有特殊要求，只要用户的硬件环境能够正常运行Windows 98/me/2000/XP/2003之一即可，建议使用2000/XP/2003或者以上版本。

如果需要打印，可选择配置打印机。

网络版本用户必须配置局域网络。

显示卡的分辨率必须最低设置为1024×768。

1.1.2 软件环境

WPR自身可以生成和打印报表，但也能产生Microsoft Excel文件。如果用户需要使用Excel编辑WPR生成的Excel报表，需要本地安装Microsoft Excel。WPR在生成Excel报表过程中并不需要Excel。

尽管在中文Windows 98/me环境下WPR也能运行，但推荐使用中文Windows 2000/XP/2003或者更高的操作系统。

WPR不支持Linux操作系统，并且没有移植到Linux下的计划。

网络版本用户使用Microsoft 中文Windows NT 4.0以上的网络操作系统，并正确安装和配置TCP/IP协议，指定终端用户的IP地址。在Windows 网络系统中，WPR服务器程序也可以安装在Windows中任何一台Windows终端上。

1.2 系统安装

1.2.1 硬件安装

为了保护版权，WPR带有加密硬件。加密硬件是 USB接口的，在Windows98上安装时需要安装驱动程序，更高的Windows版本无需安装驱动程序。对于网络版用户，加密硬件安装在WPR服务程序所在的计算机（服务器）上。

1.2.2 软件安装

WPR的两个模块相对独立，它们放在安装光盘相应的目录里面，分别安装。用户可以选择安装其中的一个或者安装全部。单机用户运行相应模块的安装程序setup.exe，安装向导会引导用户顺利完成安装。

对于网络版用户，除过在客户机（终端上）进行上述一样的安装外，还要在服务器计算机上安装服务器程序。运行系统盘上的相应的setup.exe，安装向导会引导用户顺利完成安装。注意：Windows Server和Windows 98/Me/2000/XP终端都可以作为WPR网络版的服务器。

1.3 系统启动

1.3.1 单机版用户启动

直接启动桌面上的“波纹规整填料塔流体力学”或者“散对填料塔流体力学”即可启动相应的模块。也可以再“开始|程序（P）|塔板流体力学|……”中启动相应的模块。两个模块同时只能启动一个。

1.3.2 网络版用户启动

1.3.

2.1 设置服务器和用户

WPR验证用户登录十分严格，除了常规的用户名称、口令校验外，还可有选择地验证硬件特征，这保证了盗用别人的用户名和口令在自己的机器上无法使

用。因此用户定义的方法也比较特殊。具体过程如下。

1) 服务器管理员启动服务器程序，单击“账户维护”菜单，此时需要回答口令。

初始为：123456，可以现场更改。服务器管理员必须确保自己口令的安全。

2) 用户启动自己机器上的客户程序

3) 用户客户程序启动后，填写：a)服务器计算机名称；b)用户名；c)口令，按

“保存”保存。按“确定”按钮，等候。当屏幕出现“错误：非法用户；冒名用户；暂时禁止；用户数超；”或出现“错误：暂时禁止；”的提示时，表明一切正常，只是服务器管理员没有给你开账户而已。注意：在填写服务器计算机名称时，也可以用服务器的IP地址代替，如：128.128.10.100，使用IP使登录过程大大加快。

4) 服务器管理员在服务器上可以看到用户的申请登录信息。如图1-1所示。

5) 添加一个新用户。参看图1-1，如果选择了“自动注册”，用户申请登录信息

自动填写到用户账户数据库中。如果同时选择了“自动启用”，用户自动添加成功，否则服务器管理员只需要简单地把“启用”栏目中的“False”改为“True”即可。如果“自动注册”和“自动启用”都没有选择，那么系统管理员必须手工填写用户信息。有关项目详细介绍如下，便于服务器管理员进一步手工设置或修改：

序号：系统自动填写。

用户描述：可选，一般是用户的姓名或单位名称。

用户名称：必须填写。

口令：必须填写。

硬件标识：如果校验硬件特征，必须填写。注意：此标识系统管理员不能预先通过其它方法获得，只有通过选择“自动注册”，让系统自动填写。

标识监测：必须填写。内容为：True或者False。

权限：填写0。

启用：必须填写。当为False时，禁止该用户使用。

可以指定是否监测用户硬件标识。如果要检测，必须在“硬件标识”中填写相应信息，“标识监测”设置为“True”，最后把“启用”设置为“True”。如果把“启用”设置为“False”可以禁止一个用户。注意：要把某个项目设置为“True”，键入“t”；设置为“False”，键入“f”。系统管理员把用户添加完毕后，通知用户重新登录。

第二章 散堆填料塔基础

2.1 散堆填料的计算模型

本节介绍RPCD 使用的流体力学及传质模型，这些介绍是粗略的。

散堆填料塔的流体力学和传质计算主要包括塔径、阻力（压力降）和等板高

度。一般认为填料塔的空速应当在泛点气速50%～80%范围里操作。因此确定泛

点气速成为流体力学计算的关键。

泛点气速的计算通常使用Bain-Hougen 关联式：

125.025.02.032)()(])(lg[l

g l l g f G L B A a g U ρρμρρε?= （2-1） 或者Eckert 通用关联图：

图2-1 Eckert 通用关联图

Bain-Hougen 关联式便于计算机使用，但是精度差，并且不包含阻力计算，而Eckert 通用关联图包括阻力在内。为此WPR 采用Eckert 通用关联图。WPR 使用

特殊的算法，把Eckert 通用关联图数字化到程序中，由此计算泛点和阻力。

计算泛点时，要用到泛点的填料因子；计算阻力时，要用到操作点的填料因

子。中国学者研究表明，泛点因子是喷淋密度的函数，WPR 使用了中国学者的

研究成果，泛点因子的计算考虑了喷淋密度因素，计算更为合理。

WPR 的传质计算使用修正的恩田（Onda ）模型。恩田（Onda ）等关联了大

量液相和气相传质数据，分别提出液、气两相传质系数的经验关联式如下：

2.02L 2L 05.02L 2L 1.0L L 75.0c w 45.1exp 1??

??????×??

??????????????×????????????????=?a G g a G a G a a σρρμσσ （2-2）

0.4P 1/2L L L 2/3L

W L 1/3L L L )()().(0051.0)(ad D a G g k ?=ρμμμρ （2-3） 式中 ——液相传质系数，kmol/（m L k 2 s kmol/m 3）；

L D ——溶液在液相中的扩散系数，m 2/s ；

P d ——填料的名义尺寸，m 。

（2）气相传质系数

2P 1/3G

G G 0.7G V G G )()()(?=ad D a G C aD RT k ρμμ （2-4） 式中 C ——系数，大于15mm 的环形和鞍形填料为5.23，小于15mm 的填料

为2.0；

G k ——气相传质系数，kmol/（m 2 s kPa ）；

R ——气体常数，8.314KJ/（kmol K ）；

T ——气体温度，K ；

G D ——溶质在气体中的扩散系数，m 2/s ；

G μ——气体粘度，；

s Pa ?G ρ——气体密度，kg/m 3；

V G ——气相的质量流速，kg/（m 2 s ）；

有关该模型的详细情况清参阅有关文献。

WPR采用特殊的求解该模型的方法，确保求解简洁迅速。传质计算用到溶质（或者关键组分）在气、液两相中的扩散系数。文献上只能查到十分有限的扩散系数，算通常情况下扩散系数需要估算。WPR不提供物性数据的估算方法。

如果不提供扩散系数，WPR就不进行传质计算，这种情况下，等板高度可以采用填料供应商的推荐值或者经验值。

2.2 模型数据来源

WPR计算时用到一些填料的几何参数和模型参数。这些参数来自相关研究、生产机构，并经过了考核和验证。比如喷淋密度对填料因子的影响方程参数，是中国学者测试的成果，这些数据已经固化在程序中。

第三章 散堆填料塔计算

3.1 软件系统

3.1.1总体用户界面

图 3.1 RPCD的界面

使用散堆填料塔流体力学及传质计算模块（RPCD）。RPCD启动成功后，出现如图 3.1的界面。这个界面展示了RPCD全部的输入输出数据。数据集中展示在一个界面上，便于软件操作。界面的数据区域分成四部分（页）：计算、常量报表和操作性能图。计算页包含数据输入和计算结果显示；常量是RPCD固化的基本数据；报表页是所见即所得的计算报告；操作性能图给出了填料塔的操作弹性。

3.1.2 菜单介绍

菜单系统如图 3.2 所示。包括两部分功能相同的菜单：下拉菜单和图标菜单，

便于使用。这里介绍如下。

（1） 新建。新建立一个计算项目。新建一个项目时，如果当前正在计算的项目

有变动，系统会提示保存。新建要求用户指明一个项目文件名称，然后开

始新的计算；

（2）

打开。打开一个已经存在的项目。用于对旧项目的重新计算。 （3） 保存。保存项目；

（4） 另存为。更名保存目前项目。更名保存后，原来就名称的项目依然存在。

（5） 保存报表。把计算报告保存为Excel 格式的文件。这样便于计算报告的共

享和交流；

（6） 打印。打印机算报告；

（7） 帮助。你可以使用几个方法获得帮助。

a) 使用帮助系统。如图 3.3所示。“帮助主体”可以打开整个帮助文件；使

用“这是什么？”，这时候鼠标变成“？”，用此鼠标点击你要帮助的数

据项目，就会出现帮助信息。

b) F1快捷帮助。把光标放到你要帮助的数据项目，按下“F1”，就会出现

帮助信息。

c) 官方留言板。可以在官方网站的留言板上留言，开发商软件给用户解答

问题。网站的地址是：https://www.sodocs.net/doc/a814647330.html,。

3.1.3注意事项

RPCD正式版本必须在安装加密锁的情况下使用，否则将会出现“初始化失败的”提示。体验版本不需要安装加密锁，但是功能有限制。

任何解密版本和复制的加密狗，计算结果必然有错，RPCD保证：盗版用户的计算结果包括了随即信息、和正版的不一致。

3.2 计算

3.2.1输入数据

RPCD数据输入分为4部分：项目信息、液相数据、气相数据、其它数据。数据输入时，请注意单位制。每个数据的单位可随时更改，从右边的单位下拉选择框中选取。选择后，数值会跟着单位制的变化自动变化。

在WPR中，输入数据和计算结果数据区别显示。那些带有背景色的数据都是根据目前的输入数据计算的出来的，是因变量，用户不能输入和修改这些带有背景色的数据。

（1）项目信息。是一些注释信息，仅仅是为了计算报表的信息完整，不参与计算；

（2）液相数据。液相物性数据和工艺数据。这些数据大部分含义比较清楚，只解释其中的部分：

a) 扩散系数。计算传质时需要溶质在液体中的扩散系数，如果你只计算塔

径，并不需要此数据；

b) 发泡系数。物系的发泡系数对于泛点气速有很大的影响，进而影响到填

料塔的直径。发泡越强，发泡系数越小。无泡物系发泡系数取1.0，高泡

物系发泡系数取0.5，其他物系的发泡系数在0.5～1.0之间酌情选取。一

些常见体系的发泡系数如下：

体系名称发泡系数

不起泡或低起泡系统

炼油装置原油常压塔、轻馏分塔、气体分馏塔 0.95～1.0

炼油装置重组分分馏塔，如常减压装置的减压塔 0.85～0.9

脱丙烷塔 0.9

脱乙烷塔、H2S汽提塔、环砜物系 0.85～0.9

热碳酸盐溶液再生塔 0.9

氟化物物系，如BF3、氟里昂 0.9

中等起泡系统

油吸收塔、乙醇胺再生塔、FCC汽提塔 0.85

热碳酸盐溶液吸收塔、CO2吸收塔 0.85

CO2再生塔 0.80

脱甲烷塔、糠醛精馏塔 0.80～0.85

重度起泡系统

胺吸收塔 0.73～0.80 乙二醇吸收塔 0.65～0.75 FCC一级吸收塔 0.75

严重起泡系统

甲乙酮、一乙醇胺物系 0.60

碱洗塔 0.65

酸性水汽提塔、醇合成吸收塔 0.50～0.70

泡沫稳定系统

如碱再生塔 0.3

（3） 气相数据。气相物性数据和工艺数据。这些数据大部分含义比较清楚，只解释其中的部分：

a) 扩散系数。计算传质时需要溶质在气体中的扩散系数，如果你只计算塔

径，并不需要此数据；

b) 泛点预设。填料塔的空塔气速常常在泛点气速的50 %～80%之间操作。

这里预先设定这个百分数，实际的泛点百分数与发泡系数和最终塔径的

圆整有关。泛点预设数值越大，操作点越接近泛点，塔径越小。但是过

于接近泛点的操作容易引起液泛，必须慎重。

（4）其他数据。

a) 平衡线斜率。该参数是体系气液平衡关系恒利定律：y=mx中的m。计

算吸收塔时，输入该数据。当气液平衡线为曲线时选取比较困难，此时

一般取0.4～0.8。计算时，可以改变气液平衡曲线，看看计算结果，如

果影响不大，可以取保守值。不计算传质时，不用输入此数据。平衡线

斜率和相对挥发度是互斥的，只能输入一个；

b) 相对挥发度。该参数是体系气液平衡关系：

x

x y )1(1?+=αα中的α。计算蒸馏塔时输入该数据，不计算传质时，不用输入此数据。相对挥发度和平衡线斜率是互斥的，只能输入一个。

3.2.2 计算

由于RPCD 使用的是维维软件的“实时相应技术”，用户并不需要做专门的计算操作。用户输入3.2.1中说明的数据，计算自动进行，输入数据的过程就是计算过程。当数据输入完成后，计算即告完成。

3.3 结果输出

WPR 的结果输出有两种途径：直接打印和输出到Excel 文件。生成Excel 文件有利用结果传送和共享：使用结果的用户不必拥有WPR ，他们只要有Excel 就可以浏览、编辑和重新打印机算报表。

输出结果时候，你应当转到“报表”页面，然后输出，以便报表对应最新的计算结果，如图3-4。

报表

3.4 举例

现在列举一个例子。输入数据如表3-1。

表3-1 举例中使用的输入数据表

物性数据

液相 气相

气相密度 2.71 kg/m3 1 液相密度 807 kg/m3

1

气相粘度 0.00906 cp

2 液相粘度 0.31 cp 2

气相扩散系数0.0427 cm2/s

3 液相表面张力 21 dyn/cm

3

4 液相扩散系数 4.26E-06 cm2/s 4 泛点预设 80 %

5 液体发泡系数 1.0 5

工艺数据

液相 气相

1 液相质量流量 9061

2 kg/h 1

气相质量流量108720 kg/h

其他数据

1 填料选择 12;鲍尔环;38;金属 3

2 平衡线斜率 0.405 4

输入输出数据全部集中在软件界面上，如图3-5。其中带有背景色的数据是

自动计算出来的。

图3-5 输入数据

图3-6 是计算结果。完整的过程请参考软件的例子：example1.rpc。

图3-6 计算结果

计算完成后用户既可以在“报表”页面看到完整的计算报告。表 3-2是输出

到Excel文件的计算报告：

表3-2 举例中输出的完整计算报告

散堆填料塔流体力学及传质计算报告

项目文件example1.rpc日期：2006-9-23 计算人手签:

项目信息

1项目名称苯-甲苯分离工程

2项目阶段初步设计7

3设备名称苯-甲苯蒸馏塔8

4设备位号T-1009

510

611

12说明测试题1

输入数据

物性数据

液相气相

1气相密度 2.71 kg/m3

1 液相密度807 kg/m3

2 液相粘度0.31 cp 2气相粘度0.00906 cp

3 液相表面张力21 dyn/cm

3气相扩散系数0.0427 cm2/s

4 液相扩散系数4.26E-06 cm2/s 4泛点预设80 %

5 液体发泡系数1.0 5

工艺数据

液相气相

1 液相质量流量 9061

2 kg/h 1气相质量流量 108720 kg/h

其他数据

1 填料选择 12;鲍尔环;38;金属 3相对挥发度 1.304206E46

2 平衡线斜率 0.405 4参数λ 0.4859356

计算结果

1 流动参数 0.04829744 9泛点湿填料因子146.2858 1/m

2 泛点气速 1.924772 m/s 10理论塔径 3.03556

3 m

3 空速 1.539818 m/s 11实际塔径 3 m

4 液相负荷 0.00441242

5 m/s 12压降湿填料因子114.7791 1/m

5 气相负荷 1.576541 m/s 13湿塔压降(每米)840.559 Pa

6 饱和喷淋 154 % 14

7 HTUV 0.1234688 m 15HTUOV 0.2631308 m

8 HTUL 0.2874084 m 16HETP(等板高度)0.3694012 m

第四章规整填料塔基础

4.1规整填料的计算模型

本节介绍SPWC使用的流体力学及传质模型，这些介绍是粗略的。

规整填料塔的流体力学和传质计算主要包括塔径、阻力（压力降）和等板高度。一般认为填料塔应当在泛点气速50%～80%范围里操作。因此确定泛点气速成为流体力学计算的关键。这和散堆填料没有什么差别。但是由于规整填料有比较良好的流体力学特性，特别是液体分布、填料湿润性能远比散堆填料好，因此规整填料的液体喷淋密度甚至可以小于2.0 m3/m2.h。

原则上，规整填料塔的泛点气速仍然可以用Bain-Hougen关联式或者或者Eckert通用关联图确定，如第二章所描述。但是SWPC没有使用这些方法，而是使用以流动参数F p为参数的关联式：

F p=(L/V)(ρv/ρl)0.5 （3-1）C gmax=f(F p) （3-2）U f= C gmax [（ρl-ρv）/ρv]0.5（3-3）其中式（3-2）是关键的关联式，从大量的实验数据关联得到，这里不再详述。

传质模型主要使用的是Bravo 1985年以后发表的成果，并吸收了中国学者的修正。SPWC对其中的模型参数作了一些修正，使得模型更合理，从数学角度看模型求解更有效。传质模型比较复杂，不再赘述。

4.2 模型数据来源

模型中对应不同填料，需要许多参数。这些参数来源于相关文献，并且把不同作者发表的文献数据作了校对。

第五章规整填料塔计算

5.1 软件系统

5.1.1总体用户界面

图 5.1 SWPC的界面

规整波纹填料塔流体力学及传质计算（SWPC）启动成功后，出现如图 5.1的界面。这个界面展示了SWPC全部的输入输出数据。数据集中展示在一个界面上，便于软件操作。界面的数据区域分成四部分（页）：计算、常量、报表和操作性能图。计算页包含数据输入和计算结果显示；常量是SWPC固化的基本数据；报表页是所见即所得的计算报告；操作性能图给出了填料塔的操作弹性。

5.1.2菜单介绍

菜单系统如图 5.2 所示。包括两部分功能相同的菜单：下拉菜单和图标菜

单，便于使用。这里介绍如下。

（8） 新建。新建立一个计算项目。新建一个项目时，如果当前正在计算的项目有变动，系统会提示保存。新建要求用户指明一个项目文件名称，然后开始新的计算；

（9） 打开。打开一个已经存在的项目。用于对旧项目的重新计算；

（10）保存。保存项目；

（11）另存为。更名保存目前项目。更名保存后，原来就名称的项目依然存在；（12）保存报表。把计算报告保存为Excel格式的文件。这样便于计算报告的共享和交流；

（13）打印。打印机算报告；

（14）帮助。你可以使用几个方法获得帮助。

a) 使用帮助系统。如图 5.3所示。“帮助主体”可以打开整个帮助文件；使

流体力学计算题及答案

流体力学计算题及答案

第二章 例1：用复式水银压差计测量密封容器内水面的相对压强，如图所示。已知：水面高程z 0=3m, 压差计各水银面的高程分别为z 1=0.03m , z 2=0.18m , z 3=0.04m, z 4=0.20m, 水银密度 3 /13600m kg ρ='，水的密度3 /1000m kg ρ= 。试求水面的相 对压强p 0。 解： a p z z γz z γz z γp =-----+)(')(')(3412100Θ ) ()('1034120z z γz z z z γp ---+-=∴ 例2：用如图所示的倾斜微压计测量两条同高 程水管的压差。该微压计是一个水平倾角为θ的

Π形管。已知测压计两侧斜液柱读数的差值为L=30mm ，倾角θ=30°，试求压强差p 1 – p 2 。 解： 2 24131 )()(p z z γz z γp =-+--Θ θ L γz z γp p sin )(4321=-=-∴ 例3：用复式压差计测量两条气体管道的压差（如 图所示）。两个U 形管的工作液体为水银，密度为ρ2 ，其连接管充以酒精，密度为ρ1 。如果水银面的高度读数为z 1 、 z 2 、 z 3、 z 4 ，试求压强差p A – p B 。解： 点1 的压强 ：p A )(21 2 2 2 z z γp p A --=的压强：点 ) ()(33211223z z γz z γp p A -+--=的压强：点 B A p z z γz z γz z γp p =---+--=)()()(3423211224 ) ()(32134122z z γz z z z γp p B A ---+-=-∴

填料塔计算部分

填料吸收塔设计任务书 一、设计题目 填料吸收塔设计 二、设计任务及操作条件 １、原料气处理量：5000m3/h。 ２、原料气组成：98％空气＋％的氨气。 ３、操作温度：20℃。 ４、氢氟酸回收率：98％。 ５、操作压强：常压。 ６、吸收剂：清水。 ７、填料选择：拉西环。 三、设计内容 1.设计方案的确定及流程说明。 2.填料吸收塔的塔径，填料层的高度，填料层的压降的计算。 3.填料吸收塔的附属机构及辅助设备的选型与设计计算。 4.吸收塔的工艺流程图。 5.填料吸收塔的工艺条件图。

目录 第一章设计方案的简介 (4) 第一节塔设备的选型 (4) 第二节填料吸收塔方案的确定 (6) 第三节吸收剂的选择 (6) 第四节操作温度与压力的确定 (7) 第二章填料的类型与选择 (7) 第一节填料的类型 (7) 第二节填料的选择 (9) 第三章填料塔工艺尺寸 (10) 第一节基础物性数据 (10) 第二节物料衡算 (11) 第三节填料塔的工艺尺寸的计算 (12) 第四节填料层压降的计算 (16) 第四章辅助设备的设计与计算 (16) 第一节液体分布器的简要设计 (16) 第二节支承板的选用 (17) 第三节管子、泵及风机的选用 (18) 第五章塔体附件设计 (20) 第一节塔的支座 (20) 第二节其他附件 (20)

第一章设计方案的简介 第一节塔设备的选型 塔设备是化工、石油化工、生物化工制药等生产过程中广泛采用的气液传质设备。根据塔内气液接触构件的结构形式，可分为板式塔和填料塔两大类。 1、板式塔 板式塔为逐级接触式气液传质设备，是最常用的气液传质设备之一。传质机理如下所述：塔内液体依靠重力作用，由上层塔板的降液管流到下层塔板的受液盘，然后横向流过塔板，从另一侧的降液管流至下一层塔板。溢流堰的作用是使塔板上保持一定厚度的液层。气体则在压力差的推动下，自下而上穿过各层塔板的气体通道（泡罩、筛孔或浮阀等），分散成小股气流，鼓泡通过各层塔板的液层。在塔板上，气液两相密切接触，进行热量和质量的交换。在板式塔中，气液两相逐级接触，两相的组成沿塔高呈阶梯式变化，在正常操作下，液相为连续相，气相为分散相。 一般而论，板式塔的空塔速度较高，因而生产能力较大，塔板效率稳定，操作弹性大，且造价低，检修、清洗方便，故工业上应用较为广泛。 ２、填料塔 填料塔是最常用的气液传质设备之一，它广泛应用于蒸馏、吸收、解吸、汽提、萃取、化学交换、洗涤和热交换等过程。几年来，由于填料塔研究工作已日益深入，填料结构的形式不断更新，填料性能也得到了迅速的提高。金属鞍环，改型鲍尔环及波纹填料等大通量、低压力降、高效率填料的开发，使大型填料塔不断地出现，并已推广到大型汽—液系统操作中，尤其是孔板波纹填料，由于具有较好的综合性能，使其不仅在大规模生产中被采用，且由于其在许多方面优于各种塔盘而越来越得到人们的重视，在某些领域中，有取代板式塔的趋势。近年来，在蒸馏和吸收领域中，最突出的变化是新型填料，特别是规整填料在大直径

计算流体力学软件CFD在燃烧器设计中的应用探讨

计算流体力学软件CFD在燃烧器设计中的应用探讨[摘要]本文通过对目前燃烧器的现状与技术发展的研究，探讨计算流体力学 软件CFD在燃烧器设计中应用的必要性和可行性，以CFD(计算流体力学)软件为工具，以普通大气式燃烧器为研究对象，采用实验和理论相结合的方法，充分利用现代计算机技术，达到降低燃烧器设计成本和研制费用的目的。 [关键词]燃烧器数值模拟计算流体力学 一、燃烧器的发展现状 1.部分预混式燃烧器的产生及其原理 燃烧的方法被分为扩散式燃烧、部分预混式燃烧和完全预混式燃烧。扩散式燃烧易产生不完全燃烧产物，燃烧温度很低，并未充分利用燃气的能量；而一旦预先混入一部分空气后火焰就会变的清洁，燃烧温度也可以提高，燃烧较充分。完全预混燃烧（无焰燃烧）要求事先按照化学当量比将燃气和空气均匀混合（实际应用中空气系数要大于1），燃烧充分，火焰温度很高，但稳定性较差，易回火。所以民用燃具多采用部分预混式燃烧。 1855年工程师本生发明了一种燃烧器，能从周围大气中吸入一些空气和燃气预混，在燃烧时形成不发光的蓝色火焰，这就是实验室常用的本生灯（单火孔燃烧器）。这种燃烧技术就被称作部分预混式燃烧。 本生灯燃烧所产生的火焰为部分预混层流火焰（俗称本生火焰）。它由内焰，外焰及燃烧区域外围肉眼看不见的高温区组成。火焰一般呈锥体状。燃气—空气的混合气体先在内锥燃烧，中间产物及未燃尽的部分便从锥内向外流出，且混合气体出流的速度与内锥表面火焰向内传播速度相互平衡，此外便形成一个稳定的焰面，呈蓝色。而未燃烧尽的混合气体残余物继续与大气中的空气进行二次混合燃烧，形成火焰外锥。如图1所示，完成燃烧后产生高温co2和水进而在外焰的外侧形成外焰膜（肉眼看不见的高温层）: 图1. 本生灯示意图 如果混合气流是处于层流状态，则外焰面呈较光滑的锥形；如果处于紊流状态，则外焰面产生褶皱，直至产生强烈扰动，气团不断飞散、燃尽。

流体力学计算题及答案.docx

例 1：用复式水银压差计测量密封容器内水面的相对压强，如图所示。已知：水面高程 z0=3m,压差计各水银面的高程分别为z1=0.03m, z 2=0.18m, z 3=0.04m, z 4=0.20m,水银密度ρ13600kg / m3，水的密度ρ 1000kg / m3。试求水面的相对压强p0。 解： p0γ(z0 z1 ) γ'( z2z1) γ'(z4z3 ) p a p0γ'(z2z1 z4z3 ) γ(z0 z1 ) 例 2：用如图所示的倾斜微压计测量两条同高程水管的压差。该微压计是一个水平倾角为 θ的Π形管。已知测压计两侧斜液柱读数的差值为L=30mm，倾角θ=30 °，试求压强差p1– p2。 解：p1γ(z3z1 )γ(z4z2 ) p2p1p2γ(z3z4 )γL sinθ 例 3：用复式压差计测量两条气体管道的压差（如图所示）。两个U形管的工作液体为水银， 密度为ρ2，其连接管充以酒精，密度为ρ 1 。如果水银面的高度读数为z1、 z 2、 z 3、z4，试求压强差p A– p B。

解：点 1 的压强： p A点2的压强： p2p Aγ2( z2z1 ) 点 3的压强： p3 p Aγ2( z2z1 )γ1( z2 z3 ) p4p Aγ2( z2z1 ) γ1(z2z3 ) γ2( z4z3 ) p B p A p Bγ2(z2 z1 z4z3 ) γ1( z2z3 )例 4：用离心铸造机铸造车轮。求A-A 面上的液体总压力。 解：p 1 2r2gz C p 1 2r2gz p a 22 在界面 A-A 上： Z = - h p 1 2r2gh p a F( p p a ) 2 rdr 21 2 R41 ghR2 R 2082 例 5：在一直径 d = 300mm，而高度 H= 500mm的园柱形容器中注水至高度h1 = 300mm， 使容器绕垂直轴作等角速度旋转。如图所示。 (1) 试确定使水之自由液面正好达到容器边缘时的转数n1； (2)求抛物面顶端碰到容器底时的转数 n2，此时容器停止旋转后水面高度 h2将为多少？ 解： (1)由于容器旋转前后，水的体积不变( 亦即容器中空 气的体积不变 ) ，有：图1d 2L1 d 2 (H h1 ) 424 L 2( H h1 ) 400 mm0.4 m 在 xoz 坐标系中，自由表面 2 r 2 1 的方程：z0 2g 对于容器边缘上的点，有： d 0.15m z0 r 2 2gz0 2 9.80.4 r 20.152 ∵ 2 n / 60L0.4m 18.67( rad / s) n1 606018.67 2 178.3 (r / min) 2 (2) 当抛物面顶端碰到容器底部时，这时原容器中的水将被甩出一部分，液面为图中2

(完整版)流体力学练习题及答案

流体力学练习题及答案 一、单项选择题 1、下列各力中，不属于表面力的是（ ）。 A ．惯性力 B ．粘滞力 C ．压力 D ．表面张力 2、下列关于流体粘性的说法中，不准确的说法是（ ）。 A ．粘性是实际流体的物性之一 B ．构成流体粘性的因素是流体分子间的吸引力 C ．流体粘性具有阻碍流体流动的能力 D ．流体运动粘度的国际单位制单位是m 2/s 3、在流体研究的欧拉法中，流体质点的加速度包括当地加速度和迁移加速度，迁移加速度反映（ ）。 A ．由于流体质点运动改变了空间位置而引起的速度变化率 B ．流体速度场的不稳定性 C ．流体质点在流场某一固定空间位置上的速度变化率 D ．流体的膨胀性 4、重力场中平衡流体的势函数为（ ）。 A ．gz -=π B ．gz =π C ．z ρπ-= D ．z ρπ= 5、无旋流动是指（ ）流动。 A ．平行 B ．不可压缩流体平面 C ．旋涡强度为零的 D ．流线是直线的 6、流体内摩擦力的量纲 []F 是（ ）。 A . []1-MLt B . []21--t ML C . []11--t ML D . []2-MLt 7、已知不可压缩流体的流速场为xyj zi x 2V 2+= ，则流动属于（ ）。 A ．三向稳定流动 B ．二维非稳定流动 C ．三维稳定流动 D ．二维稳定流动 8、动量方程 的不适用于( ) 的流场。 A ．理想流体作定常流动 in out QV QV F )()(ρρ∑-∑=∑

B．粘性流体作定常流动 C．不可压缩流体作定常流动 D．流体作非定常流动 9、不可压缩实际流体在重力场中的水平等径管道内作稳定流动时，以下陈述错误的是：沿流动方向( ) 。 A．流量逐渐减少B．阻力损失量与流经的长度成正比C．压强逐渐下降D．雷诺数维持不变 10、串联管道系统中,其各支管内单位质量流体的能量损失（）。 A．一定不相等B．之和为单位质量流体的总能量损失C．一定相等D．相等与否取决于支管长度是否相等 11、边界层的基本特征之一是（）。 A．边界层内流体的流动为层流B．边界层内流体的流动为湍流 C．边界层内是有旋流动D．边界层内流体的流动为混合流 12、指出下列论点中的错误论点：（） A．平行流的等势线与等流线相互垂直B．点源和点汇的流线都是直线 C．点源的圆周速度为零D．点源和点涡的流线都是直线 13、关于涡流有以下的论点，指出其中的错误论点：涡流区域的( )。 A．涡流区域速度与半径成反比B．压强随半径的增大而减小 C．涡流区域的径向流速等于零D．点涡是涡流 14、亚音速气体在收缩管中流动时，气流速度（）。 A．逐渐增大，压强逐渐增大B．逐渐增大，压强逐渐减小 C．逐渐减小，压强逐渐减小D．逐渐减小，压强逐渐增大 15、离心泵的安装高度超过允许安装高度时，离心泵会发生（）现象。 A．离心泵内液体温度上升B．气缚 C．离心泵内液体发生汽化D．叶轮倒转

填料塔计算部分

二 基础物性参数的确定 1 液相物性数据 对于低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。由手册查得，2 气相物性参数 设计压力：101.3kPa ,温度：20C ? 氨气在水中的扩散系数：92621.7610/ 6.33610/L D cm s m h --=?=? 氨气在空气中的扩散系数： 查表得，氨气在0°C ，101.3kPa 在空气中的扩散系数为0.17 2/cm s ， 根据关系式换算出20C ?时的空气中的扩散系数： 33 2 2 0002 2 293.150.171273.150.189/0.06804/V P T D D P T cm s m h ??????==?? ? ? ??????? == 混合气体的平均摩尔质量为 m i 0.05170.982929.27V i M y M ==?+?=∑ 混合气体的平均密度为 3 m 101.329.27 1.2178.314293.15 V V m P M kg m R T ρ?= = =? 混合气体的粘度可近似取空气的粘度，查手册得20C ?空气粘度为

51.81100.065()V Pa s kg m h μ-=??=? 3 气液相平衡数据 由手册查得，常压下20C ?时，氨气在水中的亨利系数 76.3a E kP = 相平衡常数 76.30.7532 101.3 E m P = == 溶解度系数 3 s 998.20.726076.318.02 L H km ol kPa m EM ρ= = =?? 4 物料衡算 进塔气相摩尔比 1= 11 0.050.05263110.05 y Y y = =-- 出塔气相摩尔比 3 21(1)0.05263(10.98) 1.05310 A Y Y ?-=-=-=? 混合气体流量 33 0.1013(273.1520) 16.10100.1013273.15V N Q Q m h ? ?+==?? 惰性气体摩尔流量 273.15(10.05)636.1622.4 273.1520 V Q V km ol h = ? -=+ 该吸收过程属低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按下式计算： 1212 L Y Y V Y m X -??= ? -?? 对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成 20X = m in 0.052630.0010530.73810.052630.7532L V -?? == ? ?? 取操作液气比为 m in 1.4L L V V ?? = ??? 1.40.7381 1.0333L V =?= 1.0333636.16657.34L kmol h =?=

计算流体力学软件Fluent在烟气脱硫中的应用

计算流体力学软件Fluent在烟气脱硫中的应用 ０引言 污染最为有效的方法之一，而石灰石—石膏湿烟气脱硫是目前能大规模控制燃煤造成ＳＯ ２ 法脱硫技术以其脱硫效率高、吸收剂来源丰富、成本低廉、技术成熟和运行可靠等优点获得广泛应用．从气液两相流体力学和化学反应动力学的观点看，脱硫吸收塔内流体流动的目的是强化气液两相的混合和质量传递、延长气液两相在塔内的接触时间、增大气液两相的接触面积并尽量减小吸收塔的阻力．合理的塔内流场分布对提高脱硫效率、降低脱硫投资和运行成本都具有重要意义． 目前，国内外对烟气脱硫吸收塔进行大量研究，主要采用实验方法，如研究塔的阻力特性、液滴运动速度沿塔高变化和ＴＣＡ塔内温度场分布等，这些研究对指导工业应用具有重要意义，但其结果往往只针对特定的设备或结构，具有较大的局限性．随着计算机技术的迅速发展，计算流体力学（ＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌＦｌｕｉｄＤｙｎａｍｉｃ，ＣＦＤ）已成为研究三维流动的重要方法：周山明等［４］利用ＦＬＵＥＮＴ计算空塔和喷淋状态下的塔热态流场，结果表明脱硫吸收塔入口处流场变化最剧烈、压降损失最大，并根据计算结果改造来流烟道；孙克勤等采用混合网格和随机颗粒生成模型对烟气脱硫吸收塔的热态流场进行数值模拟；郭瑞堂等采用ＦＬＵＥＮＴ结合非稳态反应传质－反应理论对湿法脱硫液柱冲的吸收进行数值模拟． 击塔内的流场和ＳＯ ２ 本文尝试应用ＦＬＵＥＮＴ对某脱硫吸收塔内烟气脱硫过程进行初步数值模拟，通过对内部流场进行分析验证本文模拟的合理性，进而对脱硫过程中脱硫吸收塔内是否存在湿壁现象进行深入分析研究． １基于ＲＡＮＳ求解器的ＣＦＤ数值模拟 方法 １．１控制方程 时均的不可压缩连续性方程和Ｎ Ｓ方程 （ＲＡＮＳ方程）如下： １．２湍流模型和多相流模型

计算流体力学常用数值方法简介[1]

计算流体力学常用数值方法简介 李志印　熊小辉　吴家鸣 (华南理工大学交通学院) 关键词　计算流体力学　数值计算 一　前　言 任何流体运动的动力学特征都是由质量守恒、动量守恒和能量守恒定律所确定的,这些基本定律可以由流体流动的控制方程组来描述。利用数值方法通过计算机求解描述流体运动的控制方程,揭示流体运动的物理规律,研究流体运动的时一空物理特征,这样的学科称为计算流体力学。 计算流体力学是一门由多领域交叉而形成的一门应用基础学科,它涉及流体力学理论、计算机技术、偏微分方程的数学理论、数值方法等学科。一般认为计算流体力学是从20世纪60年代中后期逐步发展起来的,大致经历了四个发展阶段:无粘性线性、无粘性非线性、雷诺平均的N-S方程以及完全的N-S方程。随着计算机技术、网络技术、计算方法和后处理技术的迅速发展,利用计算流体力学解决流动问题的能力越来越高,现在许多复杂的流动问题可以通过数值计算手段进行分析并给出相应的结果。 经过40年来的发展,计算流体力学己经成为一种有力的数值实验与设计手段,在许多工业领域如航天航空、汽车、船舶等部门解决了大量的工程设计实际问题,其中在航天航空领域所取得的成绩尤为显著。现在人们已经可以利用计算流体力学方法来设计飞机的外形,确定其气动载荷,从而有效地提高了设计效率,减少了风洞试验次数,大大地降低了设计成本。此外,计算流体力学也己经大量应用于大气、生态环境、车辆工程、船舶工程、传热以及工业中的化学反应等各个领域,显示了计算流体力学强大的生命力。 随着计算机技术的发展和所需要解决的工程问题的复杂性的增加,计算流体力学也己经发展成为以数值手段求解流体力学物理模型、分析其流动机理为主线,包括计算机技术、计算方法、网格技术和可视化后处理技术等多种技术的综合体。目前计算流体力学主要向二个方向发展:一方面是研究流动非定常稳定性以及湍流流动机理,开展高精度、高分辩率的计算方法和并行算法等的流动机理与算法研究;另一方面是将计算流体力学直接应用于模拟各种实际流动,解决工业生产中的各种问题。 二　计算流体力学常用数值方法 流体力学数值方法有很多种,其数学原理各不相同,但有二点是所有方法都具备的,即离散化和代数化。总的来说其基本思想是:将原来连续的求解区域划分成网格或单元子区

流体力学题及答案

C (c) 盛有不同种类溶液的连通器 D C D 水 油 B B (b) 连通器被隔断 A A (a) 连通容器 1. 等压面是水平面的条件是什么 2. 图中三种不同情况，试问：A-A 、B-B 、C-C 、D-D 中哪个是等压面哪个不是等压面为什么 3 已知某点绝对压强为80kN/m 2，当地大气压强p a =98kN/m 2。试将该点绝对压强、相对压强和真空压强用水柱及水银柱表示。 4. 一封闭水箱自由表面上气体压强p 0=25kN/m 2，h 1=5m ，h 2＝2m 。求A 、B 两点的静水压强。

答：与流线正交的断面叫过流断面。 过流断面上点流速的平均值为断面平均流速。 引入断面平均流速的概念是为了在工程应用中简化计算。8．如图所示，水流通过由两段等截面及一段变截面组成的管道，试问： (1)当阀门开度一定，上游水位保持不变，各段管中，是恒定流还是非恒定流是均匀流还是非均匀流

(2)当阀门开度一定，上游水位随时间下降，这时管中是恒定流还是非恒定流 (3)恒定流情况下，当判别第II 段管中是渐变流还是急变流时，与该段管长有无关系 9 水流从水箱经管径分别为cm d cm d cm d 5.2,5,10321===的管道流 出，出口流速s m V /13=，如图所示。求流量及其它管道的断面平 均流速。 解：应用连续性方程 （1）流量：==33A v Q s l /10 3 -?

(2) 断面平均流速s m v /0625.01= , s m v /25.02=。 10如图铅直放置的有压管道，已知d 1=200mm ，d 2=100mm ，断面1-1处的流速v 1=1m/s 。求（1）输水流量Q ；（2）断面2-2处的平均流速v 2；（3）若此管水平放置，输水流量Q 及断面2-2处的速度v 2是否发生变化（4）图a 中若水自下而上流动，Q 及v 2是否会发生变化 解：应用连续性方程 （1）4.31=Q s l / （2）s m v /42= （3）不变。 （4）流量不变则流速不变。 11. 说明总流能量方程中各项的物理意义。 12. 如图所示，从水面保持恒定不变的水池中引出一管路，水流在管路末端流入大气，管路由三段直径不等的管道组成，其过水面积分别是A 1=，A 2=，A 3=，若水池容积很大，行近流速可以忽

填料塔计算部分 (2)

二基础物性参数的确定 由手册查得，常压下20C ?时，氨气在水中的亨利系数 相平衡常数 溶解度系数 4物料衡算 进塔气相摩尔比 出塔气相摩尔比 混合气体流量 惰性气体摩尔流量 该吸收过程属低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按下式计算： 对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成

取操作液气比为 Eckert 通用关联图： 气体质量流量为 液体质量流量可近似按纯水的流量计算： Eckert 通用关联图的横坐标为 根据关联图对应坐标可得 由表2-4-1可知 F φ=2601m - 取0.80.8 2.360 1.888/F u u m s ==?=

由 1.737 D===m 圆整塔径（常用的标准塔径有400mm、500mm、600mm、800mm、1000mm、1200mm、1400mm、1600mm、 2000mm、2200mm等）本设计方案取D=2000mm。 泛点率校核： 因为填料塔的适宜空塔气速一般取泛点气速的50%-80%，泛点率值在允许范围内。 填料塔规格校核： 2000 808 25 D d ==>（在允许范围之内） 液体喷淋密度校核： max D 取8 h D =，则 计算得填料层高度为4000mm，故不需分段 5.3填料层压降计算 采用Eckert通用关联图计算 横坐标为 由表2-4-1得，1 176 P m φ- = 纵坐标为 查Eckert通用关联图，P ?/Z位于40g~50gPa/m范围内，取 P ?/Z=45g=441.45Pa/m

填料层压降为 ?=441.45?4.0=1765.80Pa P 6液体分布器的简要设计 6.1液体分布器的选型 本设计的吸收塔气液相负荷相差不大，无固体悬浮物和液体粘度不大，加上设计建议是优先选用槽 盘式分布器，所以本设计选用槽盘式分布器。 6.2分布点密度计算 按Eckert建议值，1200 m，由于该塔喷淋密度较小，设计区分喷淋D≥时，喷淋点密度为42点/2 点密度为90点/2 m。 槽宽度为

计算流体力学课后题作业

课后习题 第一章 1.计算流体动力学的基本任务是什么 计算流体动力学是通过计算机数值计算和图像显示，对包含有流体流动和热传导等相关物理现象的系统所做的分析。 2.什么叫控制方程？常用的控制方程有哪几个？各用在什么场合？ 流体流动要受物理守恒定律的支配，基本的守恒定律包括：质量守恒定律、动量守恒定律、能量守恒定律。如果流动包含有不同组分的混合或相互作用，系统还要遵守组分守恒定律。如果流动处于湍流状态，系统还要遵守附加的湍流输运方程。控制方程是这些守恒定律的数学描述。 常用的控制方程有质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程、组分质量守恒方程。质量守恒方程和动量守恒方程任何流动问题都必须满足，能量守恒定律是包含有热交换的流动系统必须满足的基本定律。组分质量守恒方程，在一个特定的系统中，可能存在质的交换，或者存在多种化学组分，每种组分都需要遵守组分质量守恒定律。 4.研究控制方程通用形式的意义何在？请分析控制方程通用形式中各项的意义。 建立控制方程通用形式是为了便于对各控制方程进行分析，并用同一程序对各控制方程进行求解。

各项依次为瞬态项、对流项、扩散项、源项。 6.CFD商用软件与用户自行设计的CFD程序相比，各有何优势？常用的商用CFD软件有哪些？特点如何？ 由于CFD的复杂性及计算机软硬件条件的多样性，用户各自的应用程序往往缺乏通用性。 CFD商用软件的特点是 功能比较全面、适用性强。 具有比较易用的前后处理系统和其他CAD及CFD软件的接口能力，便于用户快速完成造型、网格划分等工作。 具有比较完备的容错机制和操作界面，稳定性高。 可在多种计算机、多种操作系统，包括并行环境下运行。 常用的商用CFD软件有PHOENICS、CFX、SRAR-CD、FIDAP、FLUENT。PHOENICS除了通用CFD软件应该拥有的功能外，PHOENICS软件有自己独特的功能：开放性、CAD接口、运动物体功能、多种模型选择、双重算法选择、多模块选择。 CFX除了可以使用有限体积法外，还采用基于有限元的有限体积法。用于模拟流体流动、传热、多相流、化学反应、燃烧问题。其优势在于处理流动物理现象简单而几何形状复杂的问题。 SRAR-CD基于有限体积法，适用于不可压流体和可压流的计算、热力学的计算及非牛顿流的计算。它具有前处理器、求解器、后处理器三大模块，以良好的可视化用户界面把建模、求解及后处理与全部的物理模型和算法结合在一个软件包中。

计算流体力学_CFD_的通用软件_翟建华

第26卷第2期河北科技大学学报Vol.26,No.2 2005年6月Journal of Hebei University of Science and T echnology June2005 文章编号:100821542(2005)022******* 计算流体力学(CFD)的通用软件 翟建华 (河北科技大学国际交流与合作处,河北石家庄050018) 摘要:对化学工程领域中的通用CFD(Computational Fluid Dynamics)模拟软件Phoenics,Flu2 ent,CFX等的具体特点和应用情况进行了综述,指出了他们各自的结构特点、特有模块、包含的数学模型和成功应用领域;给出了选用CFD软件平台的7项准则,对今后CFD技术的发展进行了预测,指出,今后CFD研究的主要方向将集中在数学模型开发、工程改造和新设备开发及与工艺软件的匹配连用等方面。 关键词:计算流体力学;模拟软件;CFX;FLUENT;PH OENICS 中图分类号:T Q015.9文献标识码:A Review of commercial CFD software ZH AI Jian2hua (Department of Int ernation Exchange and Cooperation,H ebei University of Science and Technology,Shijiazhuang H ebei 050018,China) Abstr act:The paper summar izes the features and application of the CF D simulation software like Phoenics,F luent and CFX etc in chemical engineering,and discusses their str ucture features,special modules,mathematical models and successful application areas.It also puts forward seven r ules for the good choice of commercial CF D code for the CF D simulation resea rcher s.Based on t he predict ion of the technology development,it points out the possible r esear ch direction for CF D in the future will focus on the development of mathematical model,project transformat ion,new equipment and their matching application with technologi2 cal softwa re. Key words:CF D;simulation software;CF X;FLUENT;P HOENICS CFD(Computational Fluid Dynamics)软件是计算流体力学软件的简称,是用来进行流场分析、计算、预测的专用工具。通过CFD模拟,可以分析并且显示流体流动过程中发生的现象,及时预测流体在模拟区域的流动性能,并通过各种参数改变,得到相应过程的最佳设计参数。CFD的数值模拟,能使我们更加深刻地理解问题产生的机理,为实验提供指导,节省以往实验所需的人力、物力和时间,并对实验结果整理和规律发现起到指导作用。随着计算机软硬件技术的发展和数值计算方法的日趋成熟,出现了基于现有流动理论的商用CFD软件。这使许多不擅长CFD工作的其他专业研究人员能够轻松地进行流体数值计算,从而使研究人员从编制繁杂、重复性的程序中解放出来,以更多的精力投入到研究问题的物理本质、问题提法、边界(初值)条件和计算结果的合理解释等重要方面上,充分发挥商用CFD软件开发人员和其他专业研究人员各自的智力优势,为解决实际工程问题开辟了道路。 CFD研究走过了相当漫长的过程。早期数值模拟阶段,由于缺乏模拟工具,研究者一般根据自身工作性质和研究过程,自行编制模拟程序,其优点是针对性强,对具体问题的解决有一定精度,但是,带来的问题 收稿日期:2004208221;修回日期:2004211221;责任编辑:张军 作者简介:翟建华(19642),男,河北平乡人,教授,主要从事化工CFD、高效传质与分离和精细化工方面的研究。

(完整版)工程流体力学习题集及答案

第1章 绪论 选择题 【1.1】 按连续介质的概念，流体质点是指：（a ）流体的分子；（b ）流体内的固体颗粒； （c ）几何的点；（d ）几何尺寸同流动空间相比是极小量，又含有大量分子的微元体。 解：流体质点是指体积小到可以看作一个几何点，但它又含有大量的分子，且具有诸如速度、密度及压强等物理量的流体微团。 （d ） 【1.2】 与牛顿内摩擦定律直接相关的因素是：（a ）切应力和压强；（b ）切应力和剪切变 形速度；（c ）切应力和剪切变形；（d ）切应力和流速。 解：牛顿内摩擦定律是 d d v y τμ =，而且速度梯度d d v y 是流体微团的剪切变形速度 d d t γ，故d d t γ τμ=。 （b ） 【1.3】 流体运动黏度υ的国际单位是：（a ）m 2 /s ；（b ）N/m 2 ；（c ）kg/m ；（d ）N·s/m 2 。 解：流体的运动黏度υ的国际单位是/s m 2 。 （a ） 【1.4】 理想流体的特征是：（a ）黏度是常数；（b ）不可压缩；（c ）无黏性；（d ）符合RT p =ρ 。 解：不考虑黏性的流体称为理想流体。 （c ） 【1.5】当水的压强增加一个大气压时，水的密度增大约为：（a ）1/20 000；（b ） 1/1 000；（c ）1/4 000；（d ）1/2 000。 解：当水的压强增加一个大气压时，其密度增大约 95d 1 d 0.51011020 000k p ρ ρ -==???= 。 （a ） 【1.6】 从力学的角度分析，一般流体和固体的区别在于流体：（a ）能承受拉力，平衡时 不能承受切应力；（b ）不能承受拉力，平衡时能承受切应力；（c ）不能承受拉力，平衡时不能承受切应力；（d ）能承受拉力，平衡时也能承受切应力。 解：流体的特性是既不能承受拉力，同时具有很大的流动性，即平衡时不能承受切应力。 （c ） 【1.7】下列流体哪个属牛顿流体：（a ）汽油；（b ）纸浆；（c ）血液；（d ）沥青。 解：满足牛顿内摩擦定律的流体称为牛顿流体。 （a ） 【1.8】 15C o 时空气和水的运动黏度6215.210m /s υ-=?空气，621.14610m /s υ-=?水，这说明：在运动中（a ）空气比水的黏性力大；（b ）空气比水的黏性力小；（c ）空气 与水的黏性力接近；（d ）不能直接比较。 解：空气的运动黏度比水大近10倍，但由于水的密度是空气的近800倍，因此水的黏度反而比空气大近50倍，而黏性力除了同流体的黏度有关，还和速度梯度有 关，因此它们不能直接比较。 （d ） 【1.9】 液体的黏性主要来自于液体：（a ）分子热运动；（b ）分子间内聚力；（c ）易变形 性；（d ）抗拒变形的能力。解：液体的黏性主要由分子内聚力决定。 （b ）

计算流体力学软件

计算流体力学（CFD）是近代流体力学，数值数学和计算机科学结合的产物，是一门具有强大生命力的边缘科学。它以电子计算机为工具，应用各种离散化的数学方法，对流体力学的各类问题进行数值实验、计算机模拟和分析研究，以解决各种实际问题。 计算流体力学和相关的计算传热学，计算燃烧学的原理是用数值方法求解非线性联立的质量、能量、组分、动量和自定义的标量的微分方程组，求解结果能预报流动、传热、传质、燃烧等过程的细节，并成为过程装置优化和放大定量设计的有力工具。计算流体力学的基本特征是数值模拟和计算机实验，它从基本物理定理出发，在很大程度上替代了耗资巨大的流体动力学实验设备，在科学研究和工程技术中产生巨大的影响。目前比较好的CFD软件有：Fluent、CFX,Phoenics、Star-CD，除了Fluent 是美国公司的软件外，其它三个都是英国公司的产品 ------------------------------------------------------ FLUENT FLUENT是目前国际上比较流行的商用CFD软件包，在美国的市场占有率为60%。举凡跟流体，热传递及化学反应等有关的工业均可使用。它具有丰富的物理模型、先进的数值方法以及强大的前后处理功能，在航空航天、汽车设计、石油天然气、涡轮机设计等方面都有着广泛的应用。其在石油天然气工业上的应用包括：燃烧、井下分析、喷射控制、环境分析、油气消散/聚积、多相流、管道流动等等。 Fluent的软件设计基于CFD软件群的思想，从用户需求角度出发，针对各种复杂流动的物理现象，FLUENT软件采用不同的离散格式和数值方法，以期在特定的领域内使计算速度、稳定性和精度等方面达到最佳组合，从而高效率地解决各个领域的复杂流动计算问题。基于上述思想，Fluent开发了适用于各个领域的流动模拟软件，这些软件能够模拟流体流动、传热传质、化学反应和其它复杂的物理现象，软件之间采用了统一的网格生成技术及共同的图形界面，而各软件之间的区别仅在于应用的工业背景不同，因此大大方便了用户。其各软件模块包括： GAMBIT——专用的CFD前置处理器，FLUENT系列产品皆采用FLUENT公司自行研发的Gambit 前处理软件来建立几何形状及生成网格，是一具有超强组合建构模型能力之前处理器，然后由Fluent 进行求解。也可以用ICEM CFD进行前处理，由TecPlot进行后处理。 Fluent5.4——基于非结构化网格的通用CFD求解器，针对非结构性网格模型设计，是用有限元法求解不可压缩流及中度可压缩流流场问题的CFD软件。可应用的范围有紊流、热传、化学反应、混合、旋转流（rotating flow）及震波（shocks）等。在涡轮机及推进系统分析都有相当优秀的结果，并且对模型的快速建立及shocks处的格点调适都有相当好的效果。 Fidap——基于有限元方法的通用CFD求解器，为一专门解决科学及工程上有关流体力学传质及传热等问题的分析软件，是全球第一套使用有限元法于CFD领域的软件，其应用的范围有一般流体的流场、自由表面的问题、紊流、非牛顿流流场、热传、化学反应等等。 FIDAP本身含有完整的前后处理系统及流场数值分析系统。对问题整个研究的程序，数据输入与输出的协调及应用均极有效率。 Polyflow——针对粘弹性流动的专用CFD求解器，用有限元法仿真聚合物加工的CFD软件，主要应用于塑料射出成形机，挤型机和吹瓶机的模具设计。 Mixsim——针对搅拌混合问题的专用CFD软件，是一个专业化的前处理器，可建立搅拌槽及混合槽的几何模型，不需要一般计算流力软件的冗长学习过程。它的图形人机接口和组件数据库，让工程师

流体力学试题及答案

流体力学复习题 -----2013制 一、填空题 1、1mmH2O=9.807Pa 2、描述流体运动的方法有欧拉法和拉格朗日法。 3、流体的主要力学模型是指连续介质、无粘性和不可压缩性。 4、雷诺数是反映流体流动状态的准数，它反映了流体流动时粘性力与惯性力的对比关系。 5、流量Q1和Q2，阻抗为S1和S2的两管路并联，则并 联 后总管路的流量Q为Q=Q1+Q2，总阻抗S为。串联后总管路的流量Q为Q=Q1=Q2，总阻抗S为S1+S2。 6、流体紊流运动的特征是脉动现行，处理方法是时均法。 7、流体在管道中流动时，流动阻力包括沿程阻力 和局部阻力。 8、流体微团的基本运动形式有：平移运动、旋转流动和变形运动。 9、马赫数气体动力学中一个重要的无因次数，他反映了 惯性力与弹性力的相对比值。

11、理想流体伯努力方程 z + p + u + + + 10、稳定流动的流线与迹线 重合 。 r 2 g 2 = 常数中，其中 z + p r 称为 测压管 水头。 12、一切平面流动的流场，无论是有旋流动或是无旋流动 都存在 流线 ，因而一切平面流动都存在 流函数 ， 但是，只有无旋流动才存在 势函数。 13、雷诺数之所以能判别 流态 ，是因为它反映了 惯性力 和 粘性力 的对比关系。 14、流体的主要力学性质有 粘滞性 、 惯性 、 重力 性 、 表面张力性 和 压缩膨胀性 。 15、毕托管是广泛应用于测量 气体和 水流一种仪器。 16、流体的力学模型按粘性是否作用分为 理想气体 和 粘性气体 。作用与液上的力包括 质量力， 表面力。 17、力学相似的三个方面包括 几何相似 、 运动 相似 与 动力相似 。 18、流体的力学模型是 连续介质 模型。 19、理想气体伯努力方程 p （z 1 - z 2）（γ α - γ g ） ρu 2 2 中， p （z 1 - z 2） （γ α - γ g ） 称 势压 ， p + ρu 2 2 全压 ，

流体力学计算题

水银 题1图 高程为9.14m 时压力表G 的读数。 题型一：曲面上静水总压力的计算问题（注：千万注意方向，绘出压力体） 1、AB 曲面为一圆柱形的四分之一，半径R=0.2m ，宽度（垂直纸面）B=0.8m ，水深H=1.2m ，液体密度3 /850m kg =ρ，AB 曲面左侧受到液体压力。求作用在AB 曲面上的水平分力和铅直分力。（10分） 解：（1）水平分力： RB R H g A h P z c x ?- ==)2 (ργ…….(3分) N 1.14668.02.0)2 2 .02.1(8.9850=??- ??=，方向向右（2分）。 （2）铅直分力：绘如图所示的压力体，则 B R R R H g V P z ??? ? ????+-==4)(2πργ……….（3分） 1.15428.04 2.014.32.0)2.02.1(8.98502=???? ? ?????+?-??=，方向向下（2分） 。 l d Q h G B A 空 气 石 油 甘 油 7.623.66 1.52 9.14m 1 1

2．有一圆滚门，长度l=10m ，直径D=4.2m ，上游水深H1=4.2m ，下游水深H2=2.1m ，求作用于圆滚门上的水平和铅直分压力。 解题思路：（1）水平分力： l H H p p p x )(2 12 22121-=-=γ 方向水平向右。 （2）作压力体，如图，则 l D Al V p z 4 432 πγγγ? === 方向垂直向上。 3.如图示，一半球形闸门，已知球门的半径m R 1= ，上下游水位差m H 1= ，试求闸门受到的水平分力和竖直分力的 大小和方向。 解： (1)水平分力： ()2R R H A h P c πγγ?+===左,2R R A h P c πγγ?='=右 右左P P P x -= kN R H 79.30114.31807.92=???=?=πγ， 方向水平向右。 （２）垂直分力： V P z γ=，由于左、右两侧液体对曲面所形成的压力体均为半球面，且两侧方向相反，因而垂直方向总的压力为0。 4、密闭盛水容器，已知h 1=60cm,h 2=100cm ，水银测压计读值cm h 25=?。试求半径R=0.5m 的半球盖AB 所受总压力的水平分力和铅垂分力。

流体力学计算软件报告

三维方管内部二次流特征分析 ——基于NUMECA 数值仿真 2120130457 李明月 【摘 要】运用NUMECA 数值仿真的方法，通过在有粘与无粘的工况下三维方管的内部三维流线对比分析，重点在分析粘性工况下方管内部沿流向各截面上的切向速度矢量分布特征和总压系数分布特征对二次流机理进行讨论和分析。 【关键字】数值仿真 二次流 欧拉方程 N-S 方程 压力梯度 0 前言 在边界层内流体质点向着压力梯度相反并与主流运动方向大致垂直的方向流动，称为二次流。几乎所有的过流通到里面都存在着速度和压力分布不均的情况，压力分布不均则产生一个从高压指向低压的作用力，它与惯性力的大小关系是能否形成二次流的关键。而二次流会使叶轮机械叶片的边界层增厚从而导致分离和损失，而二次流在换热器中增强了对流换热，从而强化了传热，故对二次流的成因和特征的研究具有很大的现实意义。而运用NUMECA 软件对一个简单的三维方管在不同工况下进行数值运算，能够直观地观察得到二次流的结果，并对此进行对比和分析，对流体初学者而言，一方面可以熟悉NUMECA 软件的基本操作，一方面可以基于此加深对二次流的理解。 1 几何描述 如图一所示为三维方管的三维图与所需设定的边界条件。在此算例中，最大的特点在于 中部有一个90°的弯道，且出流部分较长。 10m m 30m m 80m m r20m m r10m m 图1 几何模型

2 网格划分与边界条件 在调入IGG data 文件生成几何文件之后，用网格功能中生成网格块的功能用对应网格顶点与几何顶点重合的方式将网格块贴附在几何模型上，再调整网格数量，和Cluster Points 功能调整边界网格大小，使得近壁面的网格较密，使数值计算时能更好地捕捉到近壁面的参数。生成的网格如图2所示。网格生成后一共33×33×129个网格，网格质量为：最小的正交角度为50.68°，最大宽高比为200，最大膨胀比为1.51，多重网格数为3。在边界条件上，管壁设为SOL 类型，另外短管端面设为INL 类型，剩下那一面设为OUT 类型。 3 边界设定及收敛特性 在NUMECA Fine Turbo 里面建立两个工况并命名为一个无粘一个有粘。在无粘的工况下，选择的流动模型为基于Euler 方程的数学模型。在有粘工况下，流动模型选择的是湍流N-S 方程，并且湍流模型为Spalart-Allmaras 模型。两个工况皆为理想气体的定常流动，进口边界设为总量下（total quantities imposed ）马赫数推断（mach number extrapolated ），进口压力为1.3bar ，进口温度为340K 。出口设定为由静压推断（static pressure imposed ），出口压力为1.0bar 。固壁面在欧拉方程下为无粘的欧拉壁，在N-S 方程里为绝热壁。经初始化后选择计算后输出的参数，除了常规的静压静温和速度外，在壁面数据（solid data ）里额外输出一个粘性压力（viscous stress ）。选择500次迭代后，两种工况下的收敛曲线如图3~图6所示。 图2 三维方管网格划分示意图 图3 Euler 方程下残差收敛曲线