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第
25
卷第
12
期
煤　炭　技　术
　　　　 　　　　　　　　　　　　
2006
年
12
月
CoalTechno logy
　　　　　　　　　　　　　　　　
Vol
1
25,No
1
12
Dec,2006
计算流体力学的几种常用软件
方　坤
(
鸡西大学
,
黑龙江鸡西
158100
)
摘　要
:
对通用的
CFD
(
ComputationalFluidDynamics
)
模拟软件
PHOENICS,FLUENT,STAR-CD,CFX,FIDAP
进行了介
绍
,
指出了它们各自的特点。
关键词
:
计算流体力 学
;
模拟软件
;PHOENICS;FLUENT;STAR-CD;CFX;FID AP
中图分类号
:O35
　　　　文献标识码
:A
　　　　文章编号
:1008-8725
(
2006
)
12-0124-02
SeveralKindsinCommonUseSoftwareofComputationalFlui dDvnamics
FANGKun
(
JixiUniversity,Jixi15 8100,China
)
Abstract:ThecommonCFDsimulation softwaresuchasPHOENICS,FLUENT,STAR-CD,CFXandFIDAP< br>hadbeenintroduced,characteristicofeverysoftware bepointedout.
Keywords:computationalfluiddynami cs,simulationsoftware,PHOENICS;FLUENT;STAR-CD;CFX;
FIDAP
0
　引言
由于数值模拟相对于实验研究有独特的优点
,< br>比如成本
低、周期短
,
能获得完整的数据
,
能模拟出实际运动 过程中各
种所测数据状态
,
对于设计、改造等商业或实验室应用起到
重要的指 导作用
,
所以计算流体力学技术得到了越来越多的
作用
,
这促进商业 计算流体力学软件的发展。自
1981
年英
国的
CHAM
公司推出求 解流动与传热问题的商业软件
PHOENICS
以后
,
迅速在国际软件产业中 形成了通称为
CFD
的软件产业市场
,
其它的求解流动与传热问题的商业软件
,
如
:FLUENT
、
STAR-CD
、
FLOW 3D
、
CFX
等先后问世
,
目前全世
界已有大约几十种求解 流动和传热问题的商业软件
[1]
。
求正交贴体
(
可以使用非正交网 格但易导致计算发散
)
;
使用
迎风一阶差分求值格式进行数值计算
,
不适合于精馏设备的
模拟计算
;
以压力矫正法为基本解法
,
因而不适合高速可压
缩流体的流动模拟
;
此外
,
它的后处理设计尚不 完善
,
软件的
功能总量少于其它软件。其最大优点是对计算机内存
,
运算
速度等指标要求相对较低
,
其边界条件已源项形式表现于方
程组中是它的 一大特点。该软件的最新版本默认适用
QUICK
数值求解格式
,
软件推荐选 用格式为
SMART
和
HQUICK
数值求解。由于缺乏使用群体和版本更新 速度慢
,
以及其它新兴软件的不断涌现
,
使得其实际应用受到很大限
制
,
目前应用较少
[2]
。
1
　
PHOENICS
软件
PHOENICS
是世界上第一个投放市场的
CFD
商用软件< br>(
1981
)
,
可以算是
CFD
商用软件的鼻祖。这 一软件中所采用
的一些基本算法
,
如
SIMPLE
方法、混合格式等
,
正是由该软
件的创始人
DBSpalding
及其合作者
SVPatankar
等所提出的
,
对以后开发的商用软件有较大的影响。这一软件采 用有限
容积法
,
可选择一阶迎风、混合格式及
QUICK
等
,
压力及速度
耦合采用
SIMPLEST
算法
,
对两相流纳 入了
IPSA
算法
(
适用
于两种介质互相穿透时
)
及
PSI-Cell
算法
(
离子跟踪法
)
,
代数方程组可以采用整场求解或点跌代、快跌代方法
,
同时纳
入了块修正以加速收敛 。该软件投放市场较早
,
因而曾经在
工业界得到较广泛的应用。
自
1 997
年在中国推广以来
,
以其廉价和代理商成功的
商业运作模式
,
在中国高校核研究单位得到了很好推广。其
特点是计算能力强、模型简单、速度快
,< br>便于模拟前期的参数
初值估算
,
以低速热流输运现象为主要模拟对象
,
尤其适用
于单相模拟和管道流动计算。其包含有一定数量的湍流模
型、多相流模型、化 学反应模型。如将层流和湍流分别假设
成两种流
,
体的双流体模型
MFM,< br>适用于狭小空间
(
如计算机
模块间
)
的流动与传热模型
LVEL,
用于暖通空调计算的专用
模块
FLAIR
等。不足之处在于:
计算模型较少
,
尤其是两相
流模型
,
不适用于两相错 流流动计算
;
所形成的模型网格要
2
　
FLUENT
软件< br>FLUENT
软件针对每一种流动的物理问题的特点
,
采用
时也于它的 数值解法在计算速度、稳定性和精度方面达到最
佳。可以计算流场、传热和化学反应。其思想实际上就是 做
很多模块
,
这样只要判断是哪一种流场和辩解就可以拿已有
的模型来计算。
由于囊括了
FluentDynamicInternational
比利时
Polyflow
和
FluentDynamicInternational
(FDI
)
的全部技术力量
(
前者是公认
的在粘弹性和聚合物流动 模拟方面占领先地位的公司
,
后者
是基于有限元方法
CFD
软件方面 领先的公司
)
,
因此
Fluent
软件能推出多种优化的物理模型< br>,
如定常和非定常流动
:
层
流
(
包括各种非牛顿流模 型
)
;
紊流
(
包括先进的紊流模型
)
;
不 可压缩和可压缩流动
;
传热
;
化学反应等等。对每一种物
理问题的流 动特点
,
有适合它的数值解法
,
用户可对显式或
隐式差分格式进行选 择
,
以期在计算速度、稳定性和精度等
方面达到最佳。
Fluent
将不同领域的计算软件组合起来
,
成
为
CFD
计算软件群
,
软件之间可以方便地进行数值交换
,
并
采用统一的前、后处理工具
,
这就省却了科研工作者在计算
方法、编程、前后处理等方面投入重复、低效的劳动
,< br>而可以
将主要精力和智慧用于物理问题本身的探索上
[3]
。
3
　
STAR-CD
软件
STAR-CD
是全球第一个采用完全非结构化网格 技术和
收稿日期
:2006-10-28;
修订日期
:2006-10-28
作者简介
:
方坤
(
1962-
)
,
男,
吉林公主岭人
,
副教授
,1986
年毕业于原黑龙江矿业学院
,
现从事教学与科研工作。

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卷第
12
期
煤　炭　技　术
　　　　　　　　　　　　　　　　
2006
年< br>12
月
CoalTechnology
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1
25,No
1
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Dec,2006
电站锅炉 声波吹灰系统的优化设计
金爱顺
(
北京中科声波节能环保新技术有限公司
,< br>北京
100101
)
摘　要
:
根据灰污检测系统计算得到的受 热面清洁因子
(
CF
)
,
判断受热面的污染程度
,
并根据锅炉灰污形成原理、
形态和特性的不同
,
确定各受热面的最佳吹灰时机和恰当的 吹灰周期
,
合理投用声波清灰系统
,
对提高锅炉的安全
性和经济性有 非常重要的意义。通过对现场吹灰效果的验证及数据分析这种设计理念是可行的
,
达到了预期的 清
灰效果
,
设备稳定性也达到了各项技术指标的要求
,
得到了认可< br>,
获得了良好的经济效益和社会效益。
关键词
:
吹灰系统
;< br>清洁因子
;
吹灰时机
中图分类号
:TM621
　　　　文献标 识码
:A
　　　　文章编号
:1008-8725
(
2006
)
12-0125-03
OptimizationDesignofSoundSootB lowerSystemintheboilerof
ElectricPowerPlant
(
Beijin100101,China
)
JINGAi-
Abstrac t:Onthebasisofprincipleofsootdepositcomeintobeing, conformationandvariescharacteristics,
judgingth epollutiondegreewiththedataofCFontheheatingsurface whatgetfromthetestsystem,fixingon
thebesttiming andfelicitouscleaningcycle,andthenplungingintotheu seofsoundwavecleaner,thatis
verysignificativein theimprovementofthesecurity&hthevalidation
atth esceneofcleaningandthedataanalysis,chievetheex
2
pectedcleaningpurposeandthestabilityofequipme ntcansatisfiedtherequirementsofallkindsoftechnical
sowellapprobatedandgainsexcellenteconomicbenef itandsocialbenefit.
Keywords:sootblowersystem;c leaninggene;timingofcleaning
0
　前言
国内外火电机 组多年运行经验表明
,
正确使用吹灰器对
有限体积方法来研究工业领域中复杂流动的流 体分析商用
软件包
,
是由英国
ComputationalDynamics Ltd.
公司推出
,
软件
名称是由
Simulationoftur bulentflowinArbitraryRegions
在加上
公司名称
Com putationalDynamics
的缩写组合而成。
STAR-CD
最初是由流 体力学鼻祖—英国帝国理工大学
计算流体力学领域的专家教授开发的
,
他们根据传统传 热基
础理论
,
合作开发了基于有限体积法的非结构化网格计算程
序。在完全不 连续网格、滑移网格和网格修复等关键技术
上
,STAR-CD
又经过来自全球
10
多个国家
,
超过
200
名知
名学者的不断补充和完善
,
成为同类软件中网格适应性、计
算稳定性和收敛性最好的佼佼者。它是流体力学中通 用性
强、功能强大的一份商用软件
,
它不但可以为工业设计服务
,
亦 可为科学研究所用
[4]
。
防止和清除锅炉水冷壁、过热器、省煤器、空气预热器管外 结
渣和积灰有明显作用
,
对提高锅炉热效率和锅炉安全运行有
明显的效果。但 是不合理的吹灰不仅不能清洁受热面
,
还会
5
　
FIDAP
软件
这是英语
FluidDynamicsAnalysisPackage
的缩写< br>,
系于
1983
年由美国
FluidDynamicsInterna tional,Inc.
推出
,
是世界上
第一个使用有限元法的
CF D
软件。可以接受如
I-DEAS
、
PATRAN
、
ANS YS
和
ICEMCFD
等著名生成网格的软件所产生
的网格。该软件可以计算 可压缩及不可压缩流
,
层流与湍
流
,
单相与两相流
,
牛顿流体及非牛顿流体的流动
,
凝固与熔
化问题等。有网格生成及计算结果可视化处 理的功能。
6
　结语
上述各种软件各有特点
,
适用时应注意适宜的应 用领域
和应注意的问题。
CFD
技术开、发需要工程、物理、数学、计
算机、 图像处理等多学科人才的合作完成
,
是比较复杂和系
统的工程。每一种软件都不是万能 的
,
选择软件是要考虑具
体问题的实际需要和特点
,
对每一种软件的 使用应尽可能的
参考他人的文献和与其他使用者交流
,
以最大可能的挖掘出
所 用软件的功能。
参考文献
:
[1]
　陶文铨
.
计算传热学的 近代进展
[M].
北京
:
科学出版社
,2000.
[2]< br>　翟建华
.
计算流体力学
(
CFD
)
的通用软件[J].
河北科技大学学
报
,2005,26
(
2
)< br>:160-165.
[3]
　刘霞
,
葛新锋
.FLUENT< br>软件及其在我国的应用
[J].
能源研究与
应用
,2003,
(
2
)
:36-38.
[4]
　韩艳霞
,
金辉.
计算流体力学通用软件—
STAR-CD
简介
[J].
甘肃科技
,2005,21
(
9
)
:35-36.
4　
CFX
软件
CFX
软件是
CFD
领域的重要软件平台 之一
,
在欧洲适用
广泛。
1995
年进入中国市场
,
目前应用较为广泛。该软件主
要由
3
部分组成
:Build,Solver
和
Analyse
。
Build
主要是要求操
作者建立问题 的几何模型
,
与
FLUENT
不同的是
,CFD
软件的前期处理模块与主体软件合二为一
,
并可以实现与
CAD
建
立接 口
,
功能非常强劲
,
网格生成器适用于复杂外形的模拟
计算。
Solver
主要是建立模拟程序
,
在给定边界条件下
,
求解方程
;Analyse
是后处理分析
,
对计算结果进行各种图形、表格< br>和色彩图形处理。该平台的最大特点是具有强大的钱处理
和后处理功能以及结果到处能力
,
具有较多的数学模型
,
比
较适合于化工过程的模拟计算
[2]。
收稿日期
:2006-11-20;
修订日期
:2006-11-23
作者简介
:
金爱顺
(
1960-
)
,
女< br>,
黑龙江牡丹江人
,
工程师
,1993
年毕业于东北师范大学
,Tel:
。