[工学]江苏科技大学苏州理工学院本科毕业论文

1、江苏科技大学本科毕业设计（论文）学 院：专业名称：班 级：学 号： 学生姓名:指导教师：江苏科技大学苏州理工学院本科毕业论文便携式烘干机的设计及仿真the portable clothes dryer design and simulation毕业设计（论文）题目：便携式烘干机的设计1. 课程性质（请在相应的选项上打勾）纵向课题已签约的横向课题对 未签约的横向课题实验室建设课题模拟性课题学生自选人文课题2. 课题类型（请在相应的选项上打勾）工程设计（实践）理论研究实验研究计算机软件设计丁综合一、毕业设计（论文）内容及要求（包括原始数据、技术要求、达到的指标和应做的实验等）1、了解便携式衣服烘干

2、机的结构和工作原理；2、调研收集分析有关资料，进行烘干机总体设计；3、进行烘干机的详细设计，建立零件的三维模型；4、对烘干机进行流场仿真；五、主要参考资料（包括书刊名称、出版年月等）：1、吴光中，宋婷婷，张毅编著，fluent基础入门与案例精通m；电子工 业出2、洪如瑾，ug nx4 cad快速入门指导m.北京：清华大学出版社，2006.123、周俊波，刘洋等编著；fluent6.3流场分析从入门到精通m.；机械工 业出版社2012.014、成大先.机械设计手册（第五版）（第4卷）m.北京：化学工业出版社,2008.45、成大先.机械设计手册（第五版）（第5卷）m.北京：化学工业出版社,200

3、8.4系（教研室）主任：（签章）年月日学院主管领导：（签章）年月摘要随着科学的进步，人类文明不断进入新境界，家庭电气化己经成为人类进步的 标志。在我国南方以及国外一些气候比较潮湿的地域，衣物洗涤后往往儿日内都不 能干燥，然而这时候人们衣服换洗勤快，而衣服又没干的时候，这时候人们面临了 没有衣服可换的尴尬。人们可谓是深受其害，这时候，干衣机的出现，在一定程度 上缓解了人们对于这种事情的困难，更是给生活在潮湿环境中的人们带来了极犬的 便利。它既能快速方便的烘干衣物，免除晾晒的麻烦，乂可不为连绵阴雨季节、衣 物难晾晒、晾衣控件小而烦恼。干衣机在日本以及西方发达国家也已经比较普及。 据了解，在日本有7

4、0%以上的家庭干衣机是和洗衣机是和洗衣机配套使用的。在中 国，尤其是在气候潮湿的南方地区，如同其他家电和工业设备一样，随着人们生活 水平的提高，社会的需求也会随之越来越高。本文以便携式烘干机为研究对象，通过调查采用市面上所流通的便携式烘干机 所提供的各项数据指标，进行设计。主要设计方向是利用gambit建模，并且利用 fluent软件对衣物的烘干过程进行仿真模拟。关键词: 便携式烘干机；非定常流动；气液三相流；gambit； fluentoabstractwith the progress of science and human civilization into a new realm,

5、domestic electrification has become a symbol of human progress in southern china and some foreign climate humid area, usually within a few days can dry after washing clothes, hut at that time people clothes often, but when no dry clothes again, at that time people faced the embarrassment of no cloth

6、es can change people is suffering, at this time, the emergence of a clothes dryer, to a certain extent, ease the difficulty of this kind of thing for people, especially for people living in damp environment has brought great convenience it can dry the clothes quickly and easily, from air basks in tr

7、ouble, don ft again for the continuous overcast and rainy season difficult to dry clothes washing control little bother dryer has also is popular in japan and the western developed countries is reported.based on portable dryers as the research object, through a survey using the circulation on the ma

8、rket of portable dryer provided data index, design main design direction is to use gambit modeling, and drying process of clothes to make use of fluent software simulation.keywords： portable dryer; unsteady flow dynamic; gas and liquid phase flow; the gambit; fluent.目录摘要ivabstractv第1章绪论11毕业设计的目的及其意义

9、 11.2国内外研究现状及问题 21.2.1烘干机的应用与作用2121国内外现状31.3主要研究内容与要求4第2章 便携式衣物烘干机的设计52便携式衣物烘干机的工作原理52.2总体设计52.3骨架的设计62.4衣物钢架的设计8241衣物钢架的强度校核9102.5箱体设计112.6烘干机的选择第3章 烘干机内部流场数值计算 133.1流场数值仿真理论133丄1连续介质的概念133.2控制方程14第4章 烘干机流场建模与仿真 21总结与展望33总结33展望34致谢3536参考文献第1章绪论随着科学技术的不断进步，人类世界的文明不断攀如新的境界，家庭电气化时 代已经成为人类文明与技术进步的标志。但是

10、在我国的南方以及国外一些气候较为 潮湿的地域，衣物经过洗涤后常常在之后的几天内都不能干燥，然而若是在这个时 候人们新城代谢加快，衣服换洗比较勤快，而衣服又没干的时候，不可能去重新买 一件新的衣服的时候，人们可能就面临了没有衣服可换的尴尬。对此，人们可谓是 深受其害，也就在这个时候，干衣机的出现，在很大程度上缓解了人们对于这种尴 尬事情的困难，更是给生活在潮湿环境中的人们带来了极大的便利。它既能快速方 便的烘干衣物，免除晾晒的麻烦，又可不为连绵阴雨季节、衣物难晾晒、晾衣空间 小而烦恼。干衣机在日本以及西方发达国家的普及程度也比较高。据调查了解，在 日本有70%以上的家庭干衣机是和洗衣机是和洗衣机

11、配套使用的，这些国家的人们 往往在洗完衣服后就用烘干机烘干，整个洗衣到烘干的过程只需要一个多小时，方 便快捷。在中国，尤其是在气候潮湿的南方地区，干衣机的使用也越来越普遍，可 以说干衣机对于国内一些地区的人们来说如同其他家电和工业设备一样，随着人们 物质生活水平的提高，社会的需求也会随之越来越高。1.1毕业设计的目的及其意义干衣机的出现和普及使得人们在很大程度上缓解了人们对于阴雨连绵天气、生 活与潮湿干冷地区的人们无法及时晾晒衣物的痛苦。便携式烘干机以其小巧、便携、 方便、快速等特点，广受人们的喜爱。其各种特性导致了其在市场上有着广大的市 场需求，了解市场需求的企业才能在残酷的市场竞争中立于不

12、败之地，设计一款新 型的便携式烘干机的理念便是由此而来，不仅仅是方便客户，也是市场竞争的重要 筹码。本文的意义：(1) 建立仿真用烘干机模型，以多面定义完成我们对于仿真的需要。(2) 具体使用gambit建立模型，并运用fluent软件对于建立模型的烘干过程进行 模拟，使得我们能够客观的对于仿真过程中能否客观的实现对衣物的短时间内烘干 有一个具体的认识。（3）了解并运用非定常流动和两相流、三相流的方正操作（4）熟悉gambit的建模和fluent的建模，使得我们对于将来对于各种数据模型的 仿真和计算，有较为广泛的认知。1.2国内外研究现状及问题1.2.1烘干机的应用与作用烘干机是一种多用途的干

13、燥设备，能够为众多行业提供可靠可行的烘干条件， 使用非常广泛。由于其设备原理简单，机构简洁易于制造，被国内外很多的厂家所 制造。烘干机使用的广泛性导致了它在各个领域都有不懂类型的烘干机，具体有沙 子烘干机、煤泥烘干机、褐煤烘干机、滚筒烘干机、转筒烘干机、矿业烘干机、粮 食烘干机等等，覆盖了农业、工业、化工、冶金和矿山等等多个行业。不同的领域对于烘干机的要求也不相同，从其应用的领域来看大致可以用以下 几个标准来衡量。一、按被烘干武器状态分类：可以分为块状物料、带状物料、粒状物料、膏状物料、 液体或浆状物料干燥等，在许多情况下，物料的原始状态决定选择烘干机或烘干设 备的型式。二、按使用干燥介质的种

14、类分类：对流换热可以分为空气、烟道气、过热蒸汽、惰 性气体为干燥介质的烘干设备。传导传热可分为导热油、热水、蒸汽等。三、按烘干机操作压力分：可分为常压式和真空式两类烘干设备。常压烘干设备的 传热可以采用任何一种或儿种型式同时传热，而真空干燥设备的特点是以传导传热 和辐射传热居多，而且多数以间歇生产方式为主，真空干燥设备主要处理热敏性物 料和有溶剂冋收的物料。四、按烘干机给热量方式分类：按烘干设备给热方式可以分为对流加热干燥设备、 传导加热烘干设备、其它（辐射加热、高频加热）以及多种传热方式的烘干机设备 等。五、按烘干机的结构分类：按烘干设备的结构可以分为喷雾干燥设备、流化床干燥 设备、气流烘干

15、机设备、回转滚筒烘干机、各种箱式烘干机、带式烘干机等。六、按烘干机设备操作方式分类：按烘干机设备操作方式可分为间歇操作和连续操 作两类。1. 2. 1国内外现状伴随着我国经济的飞速发展，产生了一些需要快速烘干的产品，烘干机也就在 这样的潮流下应运而生。烘干机的结构简单，原理易懂，被国内的许多厂家生产。 但是调查研究后发现我国国内的各种烘干机生产厂家良莠不齐，一些企业起点高， 坚持走科技发展之路，对行业的发展起到推动作用；但是其中也有一些投资少，技 术含量较低的“杂牌军”，以大量低质、低价格的设备占据市场，不仅影响了行业的 整体形象，更加引起了国内烘干机价格的“内订”，从而产生价格战，导致企业的

16、恶 性竞争，在很大程度上造成了该行业的利润流失。烘干机行业内缺少巨头，也就是俗称的“带头大哥”，产品种类少。我国生产烘 干机设备的厂家虽然数目众多，但是生产规模较大的企业却寥寥无几。另外，我国 生产的烘干机设备的种类仅为国外的30%-40%o虽然一些国内的设备已经替代井口 产品，但是由于其产量问题，圆圆不能满足市场的需求；产品结构太过太低，高端 的烘干机设备只能从国外进口，但是价格却是相当于国外的三倍，造成了大量的经 济损失。产品生产太过低端，目前我国主要的烘干机产品只能占领中低端市场，随着国 外的高端技术产品的流入，我国的烘干机行业同时也将面临着巨大的生存和竞争压 力。国内的产品技术开发能力

17、较弱，我国烘干机设备的创新能力太过低下，能够推 出自助知识产权的新技术、新产品的企业数量不多，这是我国烘干机技术发展较为 缓慢的主耍原因。一直也来，我国对于烘干机设备生产的企业研发投入少，或者根 本就没有投入；新产品开发力度小，品种少，大多维持相互仿制的状态。在行业自 律中发挥积极作用、有较强的综合实力，能推动行业发展的企业少。国内的烘干机技术落后，并且对环境污染较大。烘干引擎落后噪声很大，并r 冷凝液体不能得到很好地冋收利用，造成了资源的浪费，而且冷凝液体的外流对环 境的污染较为严重。1.3主要研究内容与要求1本文主要根据烘干机的特点，工作环境，工作原理和总体的参数设置进行箱 体的设计，烘干

18、机箱体进行改良修正，实现烘干机对衣物烘干的效果。2. 调研课题，查阅相关资料，撰写开题报告，翻译外文文献，根据市场所调查 的各种参数来设计箱体模型。3. 然后利用fuijint对设计的箱体进行模拟仿真，给选配吹风机提供理论依据。第2章便携式衣物烘干机的设计2.1便携式衣物烘干机的工作原理烘干机工作时，先将湿衣服甩至不再滴水为止，打开可出气端的布盖子，将衣 服塞入密封袋，之后盖上布盖子，并拉好拉链。用密封袋的进气口套住热风机的出 风口，然后用密封袋口部自带的易粘带把进气口与热风机的出风口扎紧在一块儿。 把热风机插上电源，并打开开关，拨到烘干档。热风机开始工作，把干燥的4050 摄氏度的热空气，源

19、源不断的由密封袋的进口吹入。2. 2总体设计本次毕业设计的理念的便携式烘干机，主要的特点突出在便携的特点上。因此, 我们选用的材料和设计的结构都应该是可以收缩折叠型的型材。首先将烘干机的模 型简单化如图2所示：1 25341透气孔，2带拉链的布盖子，3不透气的袋体，4易粘带，5进气端，6出气端,7岀风口，8风机体，9进风箱，10档位开关图2. 1该设计的便携式烘干机由热风机和密封袋两个部分组成，热风机要求是的三档位调速热风机，使用普通220v市电压，热风机的前两档可以和普通的吹风机一样用于吹头发，第三档增加风速降低温度（40-50摄氏度），以达到快速烘干冃不损害 被烘干衣物的效果。热风机由出风

20、口 7、风机体8、进风箱9和档位开关10组成。 密封袋由透气孔1、带拉链的布盖子2、不透气的袋体3、易粘带4,进气端5和出 气端6组成，透气孔1位于带拉链的布盖子2上，带拉链的布盖子2、出气端6位 于不透气的袋体3的前端，易粘带4、进气端5位于不透气的袋体3后端；密封袋 是一个长筒状袋体，袋体由无纺布制成内面覆盖有塑料膜以达到密封效果。密封袋 的进气端5是一个带有易粘带4的口，它可以套在热风机的出风口7上，并且可以 使用易粘带4将袋口扎紧，密封袋的出气端6是可透气的布盖子，上面有拉链，将 衣物放入后将拉链拉上。2. 3骨架的设计烘干箱体的总体长宽高为50cmx50cmx90cm,考虑到要便于折

21、叠和支撑起整个 无纺布箱体，采用单面椭圆形结构，四面就形成了如图2.2所示图形。图2.2该材料为弹性可折叠塑胶型材可以扭曲、弯折，要求材料具有高弹性和高可塑 性。这种设计的好处是可以使用8字形对折的方法对此进行收缩，首先先将模型对 折变成一个两面相对的椭圆形，然后再抓住椭圆的两头对扭一下，扭成8字形状后 把上下两个圈对折，这样的话不仅能最大的利用空间而且可以把箱体压缩到一个很 小的空间内大约只有一个半径为14cm高为6cm的圆柱体，然后可以收入收纳袋中。收纳袋为30cmx30cmx7cm的袋体。第一步如图2.3所示，将袋体拍平，因为材料为高弹性的软体材料，所以材料 可以呈现180度的对折，并且

22、取消掉施加在上面的压力时，骨架会以很高的弹性， 速度张开。图2.3第二步如图2.4所示握住袋体的两端旋转，朝8字形旋转。图2.4第三步将8字的两个圆朝对方相互弯折，也就是将图2.4中的两个圆对折，具体如图2.5所示图2.5这中折叠方式非常有助于压缩收纳袋体，但是有一点值得注意的是，将箱体从 收纳袋中拿出来的时候一定要注意握住后再打开，由于材料属于高弹性可塑性材料, 所以在失去对其的压缩力之后会形成反弹，将其握住后再打开可以防止弹伤。2.4衣物钢架的设计钢架结构由于较长，不易于携带，所以在本文屮将其改为可折叠式样的钢架, 钢架上有倒钩可以挂在箱体两边的盒子上。如图2.6所示钢架是可以通过一个螺栓

23、在一定角度内旋转，当角度旋转到180度是就可以挂 在箱体内。2. 4.1衣物钢架的强度校核衣物钢架的主要作用是用于悬挂衣物以方便更快的烘干衣物，如果钢架的强度 不够的话可能会造成钢架断裂，这是使用者和设计者都不愿意看到的情况，所以在 设计之初我们要对钢架的强度进行一下校核，以达到我们需要的标准根据查询手册，本文选择的是普通碳素钢，国标gb150-1998,根据不同碳素钢 和钢板之间的差别，我们选择使用q235-b热轧钢板。钢板的参数条件：组合后长 度470cm,厚度3cm,宽度8cm。按照材料力学的定义，对构件材料强度进行计算时，考虑力学模型与实际情况 的差异，构件必须处于一个合适的强度范围内

24、，对于由一定材料所制成的具体构件, 我们需要对其具体的定义一个最大的许用值，而这个最大的许用值就是我们所说的 需用应力0,为了保证收到拉力的钢架在工作时不变形失效，则必须满足：久川0(2.1)由于考虑到我们的设计理念，我们在这里把钢条设计成一个长条形矩形零件， 则它应该满足：久肿牛5 0<2.2)fnmax是表示钢条所能承受的最大的拉应力，我们不妨考虑一下一件脫水后的 衣服有多重，那一个烘干机的箱体乂有多大，通过笔者的实验所得，一件冬天穿的 毛呢大衣重约lkg,而脱水后的毛呢大衣是其干燥时候的三倍，而一个长宽仅仅有 50cm的空间只能放入3件这种大衣。换个角度，我们来看看夏天穿的衬衫，重

25、量只 有0.3kg,能放入6件，但是总的质量却比不上使用毛呢大衣，既然是要算出最大的 拉应力，我们就不妨使用毛呢大衣。其所能提供的最大拉应力为 /niax = g = mg = 1x3x10 = 30n。a表示钢条的横截面积，计算可得a = 24cm2 = 0,24m2。根据上述公式可以算得：久“ = = l = .25x04mpa。 max a 0.24m2查询相关冶金手册可以得出在厚度为3cm的q235-b热轧钢板的最人需用应力0 = 1.25mp°。相比较之下我们不难发现（jmax <er远远满足了条件，所以证明初设计是可行的。2. 5箱体设计利用骨架支撑起整个箱体，在风

26、机鼓入风之后，内部压强增大，就能够使得在 挂了衣服的情况下，衣服的重量不至于压垮由软性材料制作的骨架。箱体四周的无 纺布有两个和对应的口袋，用于悬挂钢架，钢架上有倒钩可以挂住在无纺布的口袋 上，这样就可以使得衣服能悬挂在钢架上进行烘干，烘干效果更佳。如图2.7所示图2.7在箱体的一面上有一个风机的入口，烘干机可以将口套在入口处，然后用易粘 带黏住这样就可以防止烘干过程屮烘干机脱落。在箱体的上面有一个带拉链的布盖 子，将布盖子打开就可以把衣服放进去，然后在通电源就可以对衣物进行烘干。箱体参数:外形尺寸 50crnx50cmx90cm折叠尺寸 15cmx15cmx7cm装袋后尺寸15cmx15cm

27、x7cm总重量2kg总体设计后的体积比一个cd盒差不多大小完全符合了我们设计便携式烘干机 的最初设计理念。2. 6烘干机的选择本文所述的烘干机虽然在平时可用作吹分机使用，但是和一般吹分机却是不同, 烘干机要求三档调速，为了符合绿色低碳的设计理念，笔者在这里将烘干机的模型 设定为吹风机的模型，烘干机的前两档温度较高，风力较弱，可以在平时不烘干衣 物时当做吹风机使用。这样就不仅能为消费者节省支出，也为企业创造了一个吸引 眼球的亮点。衣物的烘干不同于吹头发，所以调到第三档的时候，温度调低、风速调快。究 其原因，如果一味的追求温度的话，衣物可能会发黄，这样会损坏衣物，如果温度 低，风速过慢的话，可能会

28、造成烘干衣物的时间过长，或者衣物的烘干不彻底，给 使用者带来不便，我们所要求的设计理念是要求在30-60分钟之内烘干衣物，同时 时间如果过长的话也太过浪费时间和与设计理念不符。所以我们要在具体仿真结束后才能具体知道烘干机烘干衣物时所要达到的温度 和风力速度。吹分机若要满足我们的设计理念，前两档用于吹头发，第三档用于烘干，可以 将位于其风机体前端的风嘴旋转而下，为其套上一个专用的风嘴，这样就可以有效 防止被箱体入风口套住的时候在工作时。套嘴如图2.8所示图2.8由于仿真需要我们需要假设吹分机的初始仿真参数:最大功率：2200w烘干功率：1200w吹风机档位：3档风嘴样式：集风嘴，散风嘴（设计）最

29、大风速（烘干风速）：8-10m/s吹风机功能：吹发，烘干，杀菌。第3章烘干机内部流场数值计算计算流体动力学可以作为流动方程包括质量守恒方程，动量守恒方程，控制下 的能量守恒方程的流场数值模拟。通过数值模拟和仿真，可以了解极其复杂的内部 流场各个部分的基本物理量（如速度，温度，压力，浓度）分布，以及这些物理量 随时间的变化，电涡流的分布特性，分离区的空化特性和流动。我们也可以根据它 来找出其他的物理量，如旋转流体机械，液压的损失和效率。此外，结合cad,能 结构优化设计。完整的计算流体动力学方法系统，传统的理论分析方法和实验测量 方法三组成的流体力学问题，如图3.1所示的流体力学特性之间的关系的

30、三个示图。理论分析的方法的优点是它的普遍性的结果，许多其他因素清晰可见，它是指 导和实验验证数值计算方法的理论基础研究。然而，它通常需要对需要计算的对彖 进行才抽象化和简单化，这样才是有可能计算的理论值。对于非线性问题，只有很 少的流量可以计算分析结果。3.1. 1连续介质的概念气体与液体都属于流体，从微观的角度看，无论是气体还是液体，分子间都存 在间隙，同时由于分子的随机运动，导致流体的质量在空间上的分布是不连续的， 而且任意控件点上流体物理量相对时间也是不连续的。但是从宏观角度考虑，流体 的结构和运动有表现出明显的连续性和确定性，而流体力学研究的正是流体的宏观 运动。在流体力学屮正是用宏观

31、流体模型來代替微观有间隙的分子结构。流体的密度定义为:(3.1)式中p密度m质量v体积出于流体是非均匀材质的流体,对于其流体中任意一点的密度我们可以定义为:p= hm (3.2)ztmo av在式(2.2)中，是摄像的一个最小的体积，为了使密度统计平均值(皱) av有确切的意义，在内需要包含足够多的分子。这个就被称为流体质点的体积, 所以实质上流体质点上的密度就就是连续介质中抹一点的流体密度。同样，连续介 质屮某一点流体质点的质心速度就是的流体速度值在某瞬时质心在该点的。不仅如 此，控件任意点上的流体物理量都指位于该点上的流体质点的物理量。3. 2控制方程不同的情况下我们要对仿真的条件进行抽象

32、化和简单化，对于本文的仿真，我 们需要对下列条件进行一列的假设，以达到我们仿真的条件。(1) 彻体力不予考虑；(2) 热辐射的影响不予考虑；(3) 烘干机内部考虑非定常流动; 所有流动和传热过程都需要遵守最基本的物理守恒定律，也就是说动量守恒定 律、质量守恒定律和能量守恒定律。控制方程就是流动和传热问题中这些守恒定律 的数学表达式即偏微分方程，本文烘干机内部流场流动和传热过程的控制方程如下:(1) 连续方程陀 + 込“(3.3)dt dxt(2) 动量方程pui) + -(pui u.) = pf -+ (w- piii uj)(3.4)dtox.dx. d- dxj(3) 能量方程£

33、;(ph) = p(q + «/) + 竽-¥ + (唧"(3.5)dtdt dxi dxi式中p流体密度；x流体微团的坐标，与下标结合表示三个方向的坐标；u流体微因的速度，与下标结合表示三个方向的速度；t时间；/.单位质量流体上的彻体力；t.tj应力张量，tjj = 2usij +鸥半 ；jp压强；q外加热能；°热通量向量，(7；=;dx.t热力学温度；h总恰，h = h +丄力；2，h焙；i, / 表示坐标和速度的分量。n-s方程:dudpddtdx dx f dx)(dud ( du+忘l"花+ . .ax i 3 dx oy dz 丿丿

34、a( dv+一+一+zzi+2一 一r 尸=r 尸、尸、i dy(3 (ar dy dzdy dx dx j dy ( dy 丿dz i dz/(3.6)dwdp dp = pf厂苍亠冠dw/ady 丿 0z l 厂 dz 丿 dx 39% dy dz式中p流体密度;p压强；u，u，w分别表示x, y, z方向的速度分量；“一一动力粘度。3. 3能量方程和导热方程在直角坐标系下，描述固体内部流场温度分布的控制方程为导热方程，三围非 稳态导热微分方程的一般形式为:dta(.dtdda+ 一a+ 一adx< dx)dyi by丿dzk dz丿+(3.7)式中t微元体的温度；p一一微元体的密度

35、；c微元体的比热容；微元体的单位时间单位体积的内热源生成热;t生成热的时间；a为导热系数。在这种情况下，如杲我们将导热系数看做一个常数，而且在没有内热源，一种 稳态情况下式(2.7)可简化为拉普拉斯(laplace)方程：(3.8)(23.9)d2t d2t d2t a町以用来求解对流换热的能量方程为:dt dt dt dt (d2t d2t d2t>在式(2.9)中，a =称为热扩散率。为流体速度的分量，对于固体介质则w =这时能量方程(2.9)即为求解固体内部温度场的导热方程。3. 4湍流模型目前来说处理断流数值计算问题有三种方法：直接数值模拟(dns)方法，大 涡模拟(les)方法

36、和雷诺平均ns方程(rans)方法。以目前的技术水平来看 能够直接应用与实际工程计算的只有rans 了。雷诺平均n-s方程方法的主要原理 是首先在端流瞬时运动满足动力学要求时把这个瞬时运动分解为平均运动和脉动运动两个部分。雷诺平均ns方程端流模型在实际应用中共分为三种模型：分别是sstk-co双方程模型，png £端流模型和sa端流模型，其中后两个模型不为层 面模型，这里我们不予考虑。sstk-co双方程模型在模型靠近界面处采用了 wilcoxk-血模型，也就是说在 模型边界和自由裁剪层采用k-co模型，这种模型是主要用于解决湍流动能r和它的 比耗散率的双对流运输方程。该双方程模型打

37、的湍动能运输方程为：bpk d di dxf+ 乔=-p pcok(3.10)湍流比耗散率方程:dt dxj叱一（ +必嗟下_恥+ 2（甘）常器(3.11)上述两式子中均为粘性模型条件下的方程，在这种条件下，还需要计算涡粘性 模型，其模型方程为：=2“（s厂s”爲/3）-2冰爲/3(3.12)式中斥,0,兀乐,（乙均为模型设定参数，视具体情况而定；为常数，一般情况下取值0.09 o3. 5两相流流动系统中包含两相（至少其中有相是流体）。如果流体系统中的相数多余两 相，则成为多相流。不管是两相还是多相，比较多的应用在化工，机械，航天，海 洋事业中，其中化工行业的粘性流质的仿真模拟的中运用尤为多。

38、当然，两相流在 其他领域和自然界也是广泛存在的。例如:风的流动，沙子的流动，人体内血液的流 动。坏境工程行业屮烟尘和空气物质混合后的流动及其对人体伤害。3. 5. 1两相流的形式在一般情况下，两相流通常会根据构成系统的相态而分类，具体可以分为气液 系、液液系、液固系、气固系等不动的系统。气和和液和可以以连续的形式岀现， 也可以以离散的形式出现。气相和液相连续出现，例如水蒸发具体情况下，水蒸气 溶与水中。气相和液相离散的形式出现，例如水泡在水中浮动。而固想一般以颗粒 状出现在流体中，例如沙子，粉尘等。因为固体非常小，而数量非常多的时候，固 体的总体状态也就存在了一个粘性结构，这个粘性结构可以间接

39、或者直接的视为流 体。两相流内的流动可以分为多重状态，除了可以和单相流体以层流模式和湍流模 式区分外，还有很多形式可以划分两相流的流动形态，例如:系统中两相所含的量的 比较，又称为相比、两相的界面不同分布特性、相内两相物质的不同流速还有瘤体 内的流场儿何条件。3. 5. 2两相流的研究及其研究方法关于两相流的研究，一直都有很多课题与研究的方向。其屮一个基木的课题是 判断两相流流动形态及其相互间，同时也是大多数从事两相流研究的学者研究的重 点。流体内两相流流动形态的不同，则热量传递和质量转专递的影响因素也不相同, 例如:液压系统内气泡的产生对于压力传递的危害和利用，液压系统内如果气体含量 过高的

40、话会影响液压力度的传递。对于两相流的离散形态下，对于连续相屮的运动 率及其对于热量和质量传递过程的影响是另外一个课题。例如当连续相中的分散相 是水滴和气泡时，在运动过程屮会产生很多变化，高速运动时，水滴和气泡会变形。 这样会影响传质质量，从而对我们的设备造成破坏。对于两札i流的研究，还有两和 流系统的摩擦阻尼系数，系统震荡的稳定性，两相张面相互融合与变形的特性等等 课题。相对于单向流，两相流模型要复杂的多，至今仍然没有一个通用的微分方程， 这不仅给两相流的研究带来了相当大的困难，也使得研究其的学者至今还在理论研 究上花费了大量的时间与经费。对于两相流的理论研究，学者们只能采用简化模型。 大概可

41、以分为两类：一个是均相模型，还有一个分相模型。其外的混合模型至今还 停留在理论的阶段，模型定义尚未确定。其中均相模型就是把流体的介质看做是非 常均匀的两和混合物质，这种模型便于研究也是理想状态的模型，但是需要对其的 各种特性进行具体的定义与假设。而分相模型则是认为把单向流的各种概念和研究 方法分别使用在流体系统两相流的各个和流体中，与此同时还要考虑两相流之间的 相互作用于变化，对比均相模型来说较为复杂。两个模型的研究如今都还处于比较原始的阶段，但是随着科学技术和计算机技 术的发展，对于两相流的研究也有了一定进展。不光模型难于定性与定义，其实验 的方法同样也有待进一步的提升。如今，较常使用的模型

42、光学法，辐射吸收法和散 射法。但是随着我们对于两相流的深入研究和了解，对于实验的研究也有一定的推 动。第4章烘干机流场建模与仿真4. 1 fluent软件简介进入20世纪的80年代以来，诞生了一系列的cfd的通用软件，fluent就 是其中应运而生的方正软件，同时也是当前国际市场上的主流软件之一。其强大的 功能深受研究者和企业的幻影，他可以计算设计流体、热传递以及化学工业的反应 问题。其釆用了多重网格划分和多重求解方式，加速了计算收敛的速度使其达到最 佳的收敛速度和求解精度。4. 1. 1 fluent软件的结构和特点相比较其他专业化的cfd分析软件，fluent的专业化和功能性最强，其系列的

43、 软件都采用了 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，随着fluent慢慢的走入市场和被使用者接受时，其他的建模软件也开始出现了 可以保存被fluent软件读取的文件格式。fluent功能强大和专业性强使其能被其他建波软件所接受的原因之一，但是究 其主要原因，离不开fluent的各种特点。1、其自带的gambit建模软件为其提供了非常灵活的建模空间。2、软件可以自行的定义多中边界条件。如压力入口，压力出口，流体出入口， 墙壁等等。3、fluent是使用c语言编写的软件，有强大的灵活性与处理能力，高效率的同 时进行分析的能力使其能够最快的对数据进行处理。4、

44、fluent +计算结束后的解可以通过直视的图像显示出來，快速方便，免去了 使用者二次处理计算结果。5、提供了二次开发的窗口，可以使用户自己导入自定义的函数模型6、fluent自带多种材料参照物，用户可以很方便的定义材料的特性。7、可以自行设立多种坐标系，对于也可以对边界条件进行二次定义。4. 1.2 fluent软件的结构fluent的结构是由前处理器、求解器、以及后处理器的三大模块组成。fluent 采用其自带的gambit建模软件作为前处理，其导出的msh格式的文件能被fluent 读取与处理。下图是fluent软件和pdf各种分析软件以及包括gambit在内的其 他软件的关系。如图(4

45、.1)所示gambit 设置几何冊状 牛廖吸阳林pdtf'i'lrprepdfpg段ft.utkt网格输人及调整物理槪型边界*件施体物性确建ti»給盟后处现tgrid2d三角网格3臥面体网格网格图4.14.2 gambit的建模要对我们所设计的箱体进行仿真模拟，我们首先要建立一个能被fluent软件读取的模型，在这里我们使用的是fluent公司自主研发的也是fluent软件自带的gambit软件。建立如图(4.2)所示图形气体流岀图4.2第一步，打开gambit软件，建立图中所示的各个点(250,450) (250,450)(-250,450) (250, -450)

46、 (250, -350) (250, -250) (400, -250) (400,350)按照图(4.2)的方式依次相连。得到如图(4.3)所示图形图4.3第二步，点击 geometry 中的 face,选择 create face from wireframe,选择图 形的各条边，单机apply,完成面域的建立。第三步，划分网格，首先现对线进行划分。点击mesh中的edge, mesh edges, 在mesh edges的面板中依次选择各个边，对各个边进行划分，如图4.4所示。然后 点击mesh面板屮的face,对面域进行网格划分。打开mesh faces面板，选屮已经 建立完成的面域(

47、facel),运用quad单元与map的方法对这个面域进行划分。完 成后如图4.5所示图4.4图4.5第四步，对各个界面进行定义。单机zones中的specify boundary types,在 specify boundary types面板中将最右边的线段定义为压力入口( pressur e inlet),命名为inleto将最上面的线段定义为压力出口(pressure outlet), 命名为outlet,其余线段定义为wall,命名为wall。第五步，完成对线段的定以后模型已经基本确定，接下來导出成msh格式的 文件以方便被fluento依次在file中选择export, mesh确

48、定输岀msh文件，将文 件命名为model,msh,选择export 2-d (x-y) mesh,确定为一个二维模型的网格 文件。然后退岀，保存dbs文件，以方便模拟岀错后对网格进行改良。4. 3 fluent的仿真模型已经建立完毕，接下来我们要进行仿真模拟。在这里我们选用的fluentu.o 软件。第一步，打开fluentu.o软件，确定为2d模型，单机file中的read,读取 mesh文件。第二步，点击check检查模型。在gambit中默认的单位是mm而fluent中默认的单位是m,所以到单机scale改回来，如图4.6所示scale meshxmin (mm)-250xmax (m

49、m)400ymin (mm)-450ymax (mm)domain extentsvipw i pnnth i in汁 tnnmscalingq convert units/ specify scali ng factorsmesh was created innmscaling factorsclose help图4.6第三步，设置求解器。设置压力基(pressure-based)求解器，time同时选择稳 态模式，采用绝对速度公式。因为是稳态模式，所以不考虑重力影响，不点击gravity 如图4.7所示。generalmeshscale.checkreport qualitydisplay

50、.solvertypeo pressure-basedd 已n sity-basedvelocity formulation o absoluterelativetime。steadytransient2d space planaraxisymmetricaxisymmetric swirlgravityunits.help图4.7第四步，设置求解模型，因为考虑到绝对的压力条件下的吹风流过，所以我们采用无粘流模型（inviscid）,点击models,在右边的面板中点击viscous命令，选择inviscid,如图4.8所示。viscous modelmodelq invisddjldllll

51、f idfo spalart-allmaras (1 eqn) k-epsilon (2 eqn) k-omega (2 eqn) transition k-kl-omega (3 eqn) transition sst (4 eqn)reynolds stress (5 已qn)o scale-adaptive simulation (sas)okcancelhelp图4.8第五步，从模型开看可能是压缩或者是发散的流动，所以启动能量方程。点击models,在右边的面板中点击energy,在弹出的对话框中选择energy equation,如 图4.9所示。energy图4.9第六步，设置材料

52、属性，因为我们这里是纯气相的流入，所以只有air,不添加 其他材料属性，将其密度常数改为idealgas，点击materials,在右边的面板中air 再点击下面的create/edit materialsc在弹出的对话框的properties的下拉菜单中选择 ideal-gas，点击change/create完成对材料的定义，如图4.10所示。propertiesdensity (kg/m3)cp (specific heat) q/kg-k)三molecular weight (kg/kgmol)| change/create |deleteclosehelp图40第七部，设置参考压力，因

53、为我们在仿真中采用绝对的压力值，所以我们要将 参考的大气压改为0,点击cell zone conditions,在右边的面板下方的选项中点击 operating conditions,在弹出的 operating conditions 对话框中将 operating pressure(pascal)中的参考大气压改为0,如图4.11所示。ffl4.ll第八步，设置各个边界的边界条件。点击boundary conditions,在右边的各个 边界条件屮逐一设置。首先在列表中选择inlet,其类型为pressurejnlet,单机列表下面的选项中 的set.按钮进行修改，将总压力gauge tot

54、al pressure (pascal)设置成一个标准大 气压 101325,将初始压力 supersonic/lnitial gauge pressure (pascal)设置成 0.9 个标 准大气压。然后再单击thermal选项，将温度total temperature改为572度。如图 4.12所示，单击0k完成设置。pressure inletzone nameuilojmomentum thermal radiation | speoes | dpm | miitiphase | uds |total temperature (k) 572constantok cancw hdpz

55、one namemomentum thermal radiation | speoes i dpm | mdu)hasegauge total pressure (pdscal) 口25reference framejupersonic/initial gauge pressure (pascal) 羽29c=direction spedficabon methodnormal to boundaryokhdp图 4.12同理选择outlet,其类型为pressure_outlet,单击set进行修改，在这里 只修改岀口的压力，在这里出口的压力直接彫响到入口的压力速度，所以我们尽可 能的将风速调大，将出口压力设置成5000owall为绝热墙壁，在木文中不做修改，但是在一般情况下，wall的参数是要修 改的，毕竟实际当中墙壁不可能完全的绝热。第九步，设置默认的求解器，初始化入口，设置残差监视，要求收敛精度0.01,迭代1000步，开始计算。4. 4 fluent的仿真结果迭代经过10分钟后图像开始收敛，点击graphics and animations在左边的 graphis 中选择 c