以设计为中心的虚拟制造技术及在化工过程装备中的应用(5)

3.2.2 载荷施加

定义流体在操作环境下的物理特性,并在螺旋片导流式气液分离器模型的入口、出口面上施加对应的压力、温度、流量等载荷,以备下一步的求解分析。

3.2.3 求解分析

对螺旋片导流式气液分离器模型进行ＣＦＤ(ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｆｌｕｉｄｄｙｎａｍｉｃｓ)求解,得到设备的整个流场分布情况,继而求解得出整个流场的压差分布和分离效率。

3.3 可行性评价

根据数值仿真得到的分离效率、压力损失等结果,在综合考虑制造成本和加工时间等因素的基础上,通过“专家系统”的智能判断,进行设计优化迭代,获得具有最低压降、最高分离效率的螺旋片导流式气液分离器结构,此后即可送至加工中心进入制造过程。

4 螺旋片导流式气液分离器虚拟设计应用实例

采用流体动力学软件ＣＦＸ4.3,对50ＳＣＦＭ型冷冻式空气干燥器中的螺旋片导流式气液分离器(操作压力Ｐ=0.7ＭＰａ,操作温度ｔ=3℃)应用虚拟制造技术,结果表明这种技术是可行、高效的。根据冷干机处理量和结构的布置,建立合适的流体实体模型,然后进行一系列的分离过程数值模拟运算,最后在综合考虑其它因素的情况下进行优化迭代,得到分离器的最优解是:内筒为直径ｄｉ=14ｍｍ的实心圆柱,外筒内径ｄｏ=32ｍｍ,螺旋导流片外径Ｄ=31ｍｍ,具有5个螺距为ｈ=20ｍｍ的螺旋。经实验测定,该结构尺寸的螺旋片导流式气液分离器的压降为ΔＰ=23ｋＰａ,计算所得分离效率可达75%,是相同操作工况下压力降最低、分离效率最高的,其成本和加工时间相对以往的同种设备要小。

5 结束语

新的世纪已经开始,我国的化工过程装备制造业面临前所未有的挑战,传统的制造模式已不再适应经济技术的发展。在化工过程装备中运用以设计为中心的虚拟制造技术,为产品的设计、制造提供仿真环境,保证及时得到最新和最准确的有关信息,大大减少了设计分析时间。采用数字化建模、数值仿真,可以简化设计过程,节省人力、物力资源,降低产品开发成本和时间,加速了新产品的开发过程,提高了产品质量。

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