利用SolidWorks Flow Simulation改进风道结构设计

摘 要：利用SolidWorks中附带的CFD插件Flow Simulation，对废气收集风道进行流场模拟，分析结构修改对气体流动轨迹产生的影响，使其结构更有利于平衡多个进气口的流量。

关键词：SolidWorks Flow Simulation；风道；流场模拟

随着多项环保政策的连续出台，我国大气污染情况日益受到重视。其中车间废气占有很大的比例；排放口多，大小不一，分布不均是其显著特点。一般采用集气罩收集处理，为达到理想的收集效果，需平衡各罩口压力，才能满足废气收集要求。而风道的结构设计，对各个集气罩口压力的影响非常大，通常采用风道沿程阻力计算来确定。

Flow Simulation是知名三维设计软件SolidWorks中流体分析插件，可以进行数据上的无缝链接。SolidWorks Flow Simulation流体仿真软件去除了一般CFD软件的复杂性，可以让设计者快捷地仿真对设计至关重要的流体流动、传热和流体作用力，模拟真实条件下的流体流动，并快速分析流体的运动、传热和相关作用力的影响【1】，解决实际问题，提高工作效率。

在风道设计中，Flow Simulation的使用【2】，让设计者更直观地观察风道内的气体流动情况，并能显示各部位的压力、流量情况，帮助设计者更快、更准的改进结构，达到设计要求。

某橡胶制品企业，有4台橡胶炼制机，分散布置。需对其散发出的异味气体收集处理。根据相关规范计算得出，这4台设备的收集风量分别为97、65、65、103m3/min，总风量330m3/min。

1.原始模型分析

根据每台设备的排风量，初步按11m/s的管内流速，计算出各段风道的直径，取整分别为450、350、350、450mm，总管直径800mm。三维建模见图1。本文主要分析修改风道的结构设计，吸风罩暂不做分析。

新建内部分析模型，流体为空气，风道表面粗糙度50μm，其余为默认值。风道出口设置为出口体积流量5.5m3/s，进口均设置为环境压力。

将四个进气口设为体积流量，出气口和末端进气口设为静压平均值，增加方程目标为两个静压值相减，以上目标均用于控制目标收敛。

全局网格精度6级，划分成354193个网格，运行项目。

加载结果，插入流动迹线，如图1所示。从图上可以看出，整个风道风速在6～15m/s之间，管内空气流动均匀，未存在涡流现象。

插入目标图，体积流量1～4分別为117.06、59.64、56.36、95.46 m3/min，与设计值偏差分别为20.68%、8.25%、13.23%、7.32%，方程目标162Pa。进气管1进气量比设计值超出20%，这一现象的原因是由于进气管1靠近出气口，三通位置与进气口压差较大，导致管内流速增加，流量增大，从而使其他进气口流量不同程度的减小。

2.改进模型分析

根据原模型的分析结果调整风道结构，进气口1直径改为400mm，进气口2、进气口3先合并后汇入总管，进气口4及总管大小不变。

再次对修改后的风道进行分析，加载分析结果，插入流动迹线如图2。

体积流量1～4分别为100.61、62.42、62.24、105.19m3/min，与设计值偏差分别为3.72%、3.97%、4.25%、2.13%，方程目标172Pa。修改后的风道各进气口风量与设计值偏差均在5%以内，符合设计要求。风道的压力损失172Pa。

3.结束语

通过软件的分析，可以从后处理中得到想要的结果。从结果中可以看出分析对象的改进方向，并减少了以往复杂的计算，减轻设计人员的工作量，提高工作效率。

通过与工程实践的比较证明了Flow Simulation在分析风道内气流仿真的适用性，同时也表明了风道改进后其结构的合理性。

Flow Simulation与其他CFD软件相比具有操作简单，数据交换性好、功能实用等优点。通过其向导功能可以在短时间内学会使用方法，特别适合一线工程师使用。

参考文献：

[1]陈超祥，叶修梓.SolidWorks Flow Simulation教程.北京：机械工业出版社，2011

[2]陈超祥，胡其登.SolidWorks Flow Simulation教程.北京：机械工业出版社，2013

作者简介：

李国峰（1987.02），男，汉族，籍贯黄山，学历大专，职称助理工程师，工作单位杭州至柔环保科技有限公司，研究方向废气治理。