ANSYSCFX介绍

1、ANSYS CFX在电力系统的主要应用 ANSYS CHINA2004年3月目录 锅炉系统汽机系统辅机系统电厂环境系统室内通风及安全性ANSYS CFD软件的独有特点新一代CFD软件世界顶尖的网格技术全隐式耦合多重网格迭代算法SST湍流模型自动璧面函数目录 锅炉系统汽机系统辅机系统（水泵、风机）电厂环境系统室内通风及安全性ANSYS CFD软件的独有特点新一代CFD软件世界顶尖的网格技术全隐式耦合多重网格迭代算法SST湍流模型自动璧面函数燃烧模拟-不同工况的流场分布多烧嘴之间的相互作用影响炉膛的根本工况燃烧稳定性炉壁结渣燃料燃烧效率右图显示了Swinburne褐煤燃烧炉的三维温度分布燃烧模拟（

2、温度分布）关闭部分烧嘴对炉膛内速度场温度场的影响燃烧模拟-不同工况燃烧模拟-煤颗粒运动轨迹Nox排放预测（不同工况）燃烧及燃烧器模拟锅炉燃烧示例美国公用事业部门200MWe前墙式煤粉炉的改造项目改造燃烧器，以根本减少Nox排放结论：必须在低Nox排放与高热效率之间有所折中 低Nox烧嘴的长火焰会冲刷后墙甚至烧损炉管加入过热空气可减少Nox，但也减少了煤粉的烧烬燃煤锅炉4组24个燃烧器6个上部燃尽风喷口312,000 cells5.5 - 7.5% excess O2TemperatureNOxNOx燃煤锅炉锅炉模拟与实验值比较出口温度与Nox结果较好UBC偏高，因此过氧量偏高BERL燃烧器分析

3、验证CFX在燃烧器模拟的精度确定的几何形状和边界条件可靠的流场试验数据300kw单级天然气燃烧器在Sandia Burner Engineering Research Laboratory (BERL)完成BERL燃烧器分析入口形状及计算网格天然气径向喷入空气轴向喷入涡流涡流系数S=0.56BERL燃烧器分析速度矢量，以温度着色低温、密度大、涡旋的空气沿外壁喷出由于气流的角动量明显的回流区有利于稳定火焰BERL燃烧器分析下游27mm处径向速度分布（计算与实测值）模拟值与实测值吻合很好BERL燃烧器分析温度云图模拟的火焰形状总体上比观测到的瘦、长由于二维模拟时，天然气实际上从环形狭缝喷入，而不是

4、从实际的24个小孔喷出，燃料与空气接触面积减小，延迟了混合效应，造成火焰瘦长。BERL燃烧器分析三维模拟结果温度云图火焰形状与观测结果吻合很好，证明了以上分析BERL燃烧器分析CFX分析故障原因燃油的燃烧模拟跟踪燃油液滴的运动燃油液滴的挥发挥发物的燃烧反应湍流效应辐射传热浮力Coen公司焙烧炉改造不合理的喷管位置废气火焰不能充分进入炉膛挡板后贴壁燃烧炉衬烧毁炉膛内温度分布炉膛内速度分布Coen公司焙烧炉改造改进方案燃油喷管向下倾斜并稍微偏离轴线废气枪形成独立的温度较低的火焰结果上壁不再受高温火焰冲刷下壁温度均匀炉衬寿命延长了两倍，培烧效率提高了80%90%温度云图速度云图Coen公司焙烧炉改造

5、城市垃圾焚烧炉内换热管的经常性烧蚀换热管表面保护性氧化层的烧蚀高速高温气流消弱氧化层保护作用加速烧蚀由于焚烧各种燃料而形成腐蚀性物质由于换热管的安全厚度，加速的烧蚀造成频繁的停产和检修ABB公司城市垃圾焚烧炉改造用CFX为手段改造深入理解问题的原因评价多种改造方案的效果实施步骤：在计算机上构造三维模型确定操作条件，包括空气、燃料的流量、特性等参数得到模拟结果，验证，分析，提出改造方案预测多个新方案的效果并进行比较ABB公司城市垃圾焚烧炉改造验证模拟结果由于炉内恶劣的环境、大型结构和缺乏有效探测设备，获得炉膛内真实速度场，温度场和浓度场极为困难通常采用相关性验证，即模拟结果是否与通常观测的现象或

6、常规吻合ABB公司城市垃圾焚烧炉改造前墙上波峰状突起的炉渣沉积与模拟结果中的流场特点吻合：高温炉渣被二次风夹带而附着在前墙。超声波检测到的换热管变薄处与模拟结果中的高流速区、高温区、低氧浓度区吻合。ABB公司城市垃圾焚烧炉改造原先结构的单级二次风对炉膛内流动模式有主要影响产生大范围的回流区和卷吸带增加了气流中燃烧颗粒的携带量形成空气的短路，缩短了相当一部分空气的滞留时间ABB公司城市垃圾焚烧炉改造模拟了20多种改造方案不同的二次风喷嘴数量和高度不同的喷射角度不同的喷嘴直径不同的气流喷射速度目标是获得较为均匀的垂直速度场加速二次风与底部空气的混合减小回流区、卷吸区、高速气流通道加速固体颗粒的烧烬

7、ABB公司城市垃圾焚烧炉改造优化后的结果是：单级二次风喷嘴改为高度方向上交错的两级二次风喷嘴以及恰当的喷射角度减小了最大垂直气流速度，增强了混合火焰离开炉墙根本上降低了换热管的烧蚀速度ABB公司城市垃圾焚烧炉改造炉膛内垂直速度云图原结构与改造后结构的对比ABB公司城市垃圾焚烧炉改造炉膛内速度矢量（以温度着色）原结构与改造后结构的对比ABB公司城市垃圾焚烧炉改造目录 锅炉系统汽机系统辅机系统（水泵、风机）电厂环境系统室内通风及安全性ANSYS CFD软件的独有特点新一代CFD软件世界顶尖的网格技术全隐式耦合多重网格迭代算法SST湍流模型自动璧面函数静、动干扰的瞬态计算目录 锅炉系统汽机系统辅机系

8、统（水泵、风机）电厂环境系统室内通风及安全性ANSYS CFD软件的独有特点新一代CFD软件世界顶尖的网格技术全隐式耦合多重网格迭代算法SST湍流模型自动璧面函数水泵水轮机风机计算模型煤气入口煤气出口风机叶轮大小叶片流线速度矢量动画涡轮（请点击画面）目录 锅炉系统汽机系统辅机系统（水泵、风机）电厂环境系统室内通风及安全性ANSYS CFD软件的独有特点新一代CFD软件世界顶尖的网格技术全隐式耦合多重网格迭代算法SST湍流模型自动璧面函数英国伦敦街区一角山区风场模拟建筑群冷水塔横风影响目录 锅炉系统汽机系统辅机系统（水泵、风机）电厂环境系统室内通风及安全性ANSYS CFD软件的独有特点新一代C

9、FD软件世界顶尖的网格技术全隐式耦合多重网格迭代算法SST湍流模型自动璧面函数室内通风室内通风室内通风厂房火灾室内通风车内通风房间着火及灭火房间着火及灭火气幕对房间内温度场的影响通风口设计对室内流场的影响室内空调效果的模拟火灾通风目录 锅炉系统汽机系统辅机系统（水泵、风机）电厂环境系统室内通风及安全性ANSYS CFD软件的独有特点新一代CFD软件世界顶尖的网格技术全隐式耦合多重网格迭代算法SST湍流模型自动璧面函数新一代CFD软件CFX软件领先采用了90年代后期（1996年以后）CFD领域的最新理论成果：CFX在数值方法同时利用了有限元与有限体积法中的优点CFX有高精度的数值处理格式，它是C

10、FD工业界中唯一以二阶精度格式作为缺省值的软件CFX有CFD界中独一无二的耦合多重网格求解技术，使CFD求解稳健而迅速地收敛CFX有容易使用且性能优异的并行计算功能世界顶尖的网格处理工具ICEM CFD选项完整：用户能想到的选项几乎都有 完整的几何输入与几何修补工具 完整的网格剖分工具 完整的网格编辑工具功能强大： 网格技术世界顶尖适应性好，应用广 应用于几乎所有与CFD有关的工业及研究领域； 用户分布于几乎所有CFD求解软件所有功能“大统一”的ICEM AI*Environment 5.0将在4月份推出，届时这一产品将可以同时作为CFD/FEA的通用前处理器。 软件的用户友好性。前处理：CA

11、D模型直接导入I-DEASSolidWorksPro/EngineerUnigraphicsSolid EdgeCATIADirect Cad InterfacesPro-EI-DEAS (mdl & idi)UGCATIASolidWorksSolid Edge3rd Party CadIGESACISParasolidDWG/DXFGEMSFaceted DataSTLVRMLNASTRAN, PATRAN, ANSYS, LS-DYNA直接CAD接口灵活的几何体输入完整的几何修补与简化功能Hexa 网格生成独有的TOPDOWN六面体网格划分用户是雕刻师 而不是砖匠快速创建复杂拓扑十分适于

12、高质量网格生成高效处理大模型一步产生O型边界层网格有效捕捉内外边界层更高的网格质量适于所有 CAE应用能用一个命令进行调整Tetra & Prism网格生成高度自动的非结构网格划分四面体及混合体网格划分，三角形表面网格划分使用“Octree” 方法表面及体网格一步生成!不需要表面网格划分迭代产生可行的体网格自动棱柱层的生成局部“family based” 控制层数，初始高度，生长比例自动冲突检测和修正强大的网格编辑功能自动粗化减少模型规模一条命令从150,000减到 15,000四面体单元 合并网格自动对四面体-六面体网格一致合并在界面生成金字塔单元对网格生成能够优化“混合处理” 强大的表面及

13、体网格的光滑处理节点的移动限制到相连的几何体上多种椭圆光滑程序AIAA drag workshopSeparated FlowSeparated FlowCFX产品特点精确性 基于有限元的有限体积法在控制体内引入插值点，实现双重网格化高度的精确性 六面体网格: 每个控制体24个插值点 (而不是 6 个)四面体网格: 每个控制体60个插值点 (而不是 4 个)XXXXXXXXIntegration points (IP)Controlvolume CFX是全球第一个发展和使用全隐式多网格耦合求解技术的商业化软件 这种革命性的求解技术克服了传统算法需要“假设压力项求解修正压力项”的反复迭代过程，而同时求解动量方程和连续性方程，加上其采用的多网格技术，CFX的计算速度和稳定性较传统方法提高了12个数量级， CFX产品特点快速稳健的收敛 CFX的求解器获得了对并行计算最有利的几乎线形的“计算时间-网格数量”求解性能，这使工程技术人员第一次敢于计算大型工程的真实流动问题。CFX突出的并行功能还表现在它可以在混合网络上UNIX、LINUX、WINDOWS平台之间随意并行。 收敛曲线与CPU数无关