基于OpenFOAM的除尘风机的高性能数值模拟

秦宣云 文金侣 朱世存

(1.中南大学数学与统计学院,长沙,410083;2.长沙智能驾驶研究院,长沙,410208)

1 引言

除尘用的风机属于叶轮机械的一种,在研究除尘的风机内流场过程中,一方面,实验工作有助于理解流动复杂性,另一方面,由于近几十年来,数值模拟的兴起,数值模拟方法已被证明是对实验的有效补充,计算流体力学(CFD)在流场分析中起到越来越重要的作用.

OpenFOAM是用C++开发的一款严谨和高质量的开源库[1],它实际上是面向对象的偏微分方程数值模拟的工具,并且拥有活跃的开源社区.本文基于OpenFOAM开源框架做风机的数值模拟,通过开发适用于除尘风机的数值模拟求解器PimpleLPTDyFoam,提供了对除尘风机数值模拟的一种探索.

OpenFOAM开源框架对除尘风机做数值模拟主要涉及到旋转机械几何模型、动网格技术、湍流模型、并行计算和拉格朗日粒子追踪等模块.在旋转机械的研究方面,Wilhelm D[14]使用OpenFOAM研究旋转流动问题的数值模拟,介绍了MRF等技术在OpenFOAM的应用;在动网格技术方面,有GGI网格接口技术,用于处理两套网格连接表面不相匹配的情况[15],P.E.Farrell和J.R.Maddison提出了一个能运用在不连接但相邻的网格区域上的AMI[16]网格接口技术,这种任意网格接触面的算法可应用于非结构化网格的几何边界上;在旋转机械下的拉格朗日粒子追踪方面,Adel Ghenaiet研究了叶轮风机内粒子的运动轨迹和冲蚀[17];在使用OpenFOAM做风机叶片的研究上,Rickard E Bensow[18]使用OpenFOAM研究了非稳态的转子叶片的负载;Tuomas Turunen等[19]用OpenFOAM研究了螺旋叶轮的Open-Water数值模拟;O.Petit等[20]采用……