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CAD 嵌入式 CFD 的确认方法(七)
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10.行业问题和基准：旋风分离器在极端温度下的性能预测
气体旋风分离器是在工业中最常用的分离设备。
考虑用于确认目的的旋风分离器总体视图如图36所示。表4中的几何条件定义了旋风分离器。所有显示的参数以及实验数据均来源于Lorenz (1994)。
图36：旋风分离器模型的总体视图。
SOLID WORK S Flow Simulation使用350000个单元的计算网格进行计算。仿真采用瞬态方法。时间步长 Δtc可以普通形式提供：
此处Dd– 灰尘出口直径、Dvf– 涡流探测器直径、Dbar– 筒直径、Uinlet– 在旋风分离器入口处的速度。
表4：旋风分离器模型的主要几何尺寸。
计算结果如图37-39所示。
图37：3 s物理时间仿真之后、在80 m3/h体积流率下、环境空气（200℃）的旋风分离器内的压力分布（左）和速度分布（右）
图38：不同温度下旋风分离器的压降。
图39：在60 m3/h体积流率和不同气温下的分级效率曲线。
旋风分离机内的流场如图37所示。可在该处找到典型的压力和速度分布。
图38显示了不同气温下预测的压降与来自Lorenz (1994)的实验数据的对比。它证实了大多数操作条件与实验结果非常一致。计算结果与实验数据的相差通常在5% - 10%之间。仅针对热气流体时，相差会变大。
SOLID WORK S Flow Simulation预测的从环境温度到极端温度下操作的旋风分离器分级效率如图39所示。预测值处的竖直栏表示在5个计算系列中获得的最大和最小去除概率。微粒密度为2650 kg/m3。
可看到SOLID WORK S Flow Simulation预测的旋风分离器分级效率与报告的数据（Lorenz, 1994）非常一致。应特别关注切断大小（微粒大小，低于此可实现50%的微粒去除）非常好的预测。
4.结论
关于全球CAE市场的趋势分析清楚地表明：在解决当今工程设计问题中CFD计算市场份额稳定增长。以前的CFD计算主要用于航天、汽车、发电和电子工业，但现在此类计算几乎对所有行业都至关重要。SOLID WORK S Flow Simulation是运用CAE技术（即流体力学和热传导）满足设计工程师日常所需的典型示例。
对于以项目为导向的工程师所使用的软件，实际上在大多情况下，不可能将验证和确认分开，因为软件中内置有高度的自动化。这意味着软件验证/确认活动几乎是一个统一体，在指代这一类活动时，这些术语被一起使用，甚至用其首字母缩写V&V作为简称。
由于SOLID WORK S Flow Simulation使用了笛卡尔网格，以及一些工程技术和方法，与传统的CFD软件相比，数值计算在很粗糙的网格上也达到可接受的准确度。正因为如此，用户可使用相对适中的计算资源计算非常复杂3D例子中的流体流动和热传导。
当前SOLID WORK S Flow Simulation质量保证中使用的V&V步骤采用确认测例的四级分类。可通过倒金字塔图形显示这四个级别，每一级以前一级为基础，并受到前一级的支持。
通常而言，这些级别内的确认测例的分类取决于例子的复杂度、参考数据的可用性及其准确性等等。随着几何和流体复杂度的增加，观察到实验数据可用性降低和准确度减小的趋势。此四级分类具有动态结构。随着SOLID WORK S Flow Simulation的发展，V&V活动，尤其是新测例的开发，转换到更高级别。
本文所展示的每一个级别的典型确认测例证实了SOLID WORK S Flow Simulation软件多年来已成功地确认了各种各样的问题。通过SOLID WORK S Flow Simulation数值地复现了实验数据和解析解，并具有可以接受的准确度。相对粗糙网格的良好性能、CAD嵌入式功能、高级别的自动化和可用性，这些特点结合起来使SOLID WORK S Flow Simulation软件成为针对工程设计和分析的非常适当和有用的CFD工具。
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（完结）
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