【文章內容簡介】 準半圓管 [4]。螺旋半圓管夾套式反應器的特點。螺旋半圓管夾套式反應器與目前我國普遍采用的普通夾套式反應器相比，有其突出的優(yōu)點。為某工程設計的水解反應器和熱油反應器就采用了此結構，現(xiàn)結合設計與應用問題分述其特點。 提高釜體承載能力，降低設備材料費用。如上所述，螺旋半圓管夾套相對普通夾套而言，一方面可提高傳熱系數(shù)，有利于提高傳熱效率，縮短加熱或冷卻的時間，從而節(jié)省冷熱能的消耗；另一方面，螺旋半圓管夾套的總容積較普通夾套的總容積小很多，因而用于加熱的載熱流體的貯量可相應減少，用于貯存載熱流體的容器的體積亦可減小，由此使得散熱面積減小而能耗亦減小。此外，采用螺旋半圓管夾套的反應器的最大外徑較普通夾套的小，結構緊湊，占地面積少，可節(jié)約操作空間，從而節(jié)省了設備投資和能源 [5]。螺旋半圓管夾套反應器與普通夾套反應器相比，具有結構緊湊、釜體受力好、傳熱效率高、節(jié)能和節(jié)約鋼材等優(yōu)點，隨著設備的大型化，其優(yōu)點更加突出。從設計、使用的角度而言，螺旋半圓管夾套是目前化工生產中較為合理、先進的夾套結構形式。由于當反應釜直徑較大或采用壓力較高的傳熱介質時等因素的影響，為了保證較好的換熱條件，從而獲得更大的換熱系數(shù)來提高傳熱效率，半圓形螺旋管作為在工業(yè)生產中的換熱環(huán)節(jié)將具有更為廣泛的應用。 本課題主要研究問題及任務本文在應用 fluent 軟件和計算流體力學（CFD）相關知識的基礎上，對半圓截面螺旋管道內流體層流流動狀態(tài)下的流場進行數(shù)值模擬，分析半圓截面螺旋管內流場及影響因素，包括軸向速度的分布、壓降、二次流等及雷諾數(shù)和結構參數(shù)對流場的影響?？偨Y出結論，從而指導生產實踐。 第二章 Solidworks、Gambit 及 Fluent 軟件介紹 SOLIDWORKS 軟件介紹 SolidWorks 軟件概述SolidWorks 是在 Windows 平臺下原創(chuàng)的三維機械設計軟件。正是由于SolidWorks 三維機械設計軟件的功能強大，易用性和高效性，使得其在所有建模軟件中得到了更快的推廣和應用。使用 SolidWorks 進行產品設計，設計人員不僅會體會到 SolidWorks 強大的建模能力、虛擬裝配能力以及靈活的工程圖操作，而且可以感受到利用 SolidWorks 設計時帶來的輕松和效率。SolidWorks 提供了無與倫比的、基于特征的實體建模功能。通過拉伸、旋轉、薄壁特征、高級抽殼、特征陣列以及打孔等操作來實現(xiàn)產品的設計。三維設計軟件的誕生是在計算機不斷發(fā)展的基礎之上并且在設計行業(yè)不斷深入的前提之下為了滿足高效、高速的設計要求而應運而生的，它的產生是社會發(fā)展的必然，這種必然在各個領域都得到了認證。Solidworks 軟件是在 windows 平臺下原創(chuàng)的三維機械設計軟件。SolidWorks 一貫倡導三維機械設計軟件的“功能強大” 、 “易用性”和“高效性” ，從 1995 年SolidWorks 公司發(fā)布第一個 SolidWorks 商品化版本開始，SolidWorks 得到了迅速的推廣和應用。SoliWorks2022 是目前 SolidWorks 的最新的版本，使用 SolidWorks進行產品設計，設計人員不僅能夠體會到 SolidWorks 強大的建模能力，虛擬裝配能力以及靈活的工程圖操作，而且可以感受利用 SoliWorks 設計所帶來的輕松和效率。 SolidWorks 特點與優(yōu)勢⑴SolidWorks 軟件實現(xiàn)了參數(shù)化設計理論，這一理論是 AutoCAD 無法實現(xiàn)的，實際尺寸和數(shù)值的這種相關性保證了裝配體下干涉檢查和圖紙正確與否的同步性，這一方面的突破使三維設計軟件異軍突起，解決了采用 AutoCAD 設計的零件在實際的裝配過程當中相干涉的問題。⑵SolidWorks 軟件實現(xiàn)了關聯(lián)設計，這種設計方法將零件、裝配體、工程圖紙一體化，三者相關聯(lián)，任何一方的改動都會牽動全局，同步變化，這樣一來通過對三維模型的檢查，其中的錯誤可以通過修改零件進而改變裝配狀態(tài)和工程圖紙中的關聯(lián)尺寸，大大的節(jié)省了對裝配和圖紙的二次檢查核對，縮短設計時間，提高設計效率。⑶SolidWorks 的三維設計使設計零件的外形更加的逼真，可以進行多角度觀察，這樣一來對于比較復雜的零件來講，可以更直觀的表達其結構，縮減了圖紙的篇幅，實現(xiàn)簡明表達，甚至可以拋棄圖紙，完全三維展示，節(jié)省識圖時間，增加零件生產的效率和準確性。⑷SolidWorks 無縫集成插件之 CosmosMotion 機械仿真：機械仿真是對裝配體的運動進行仿真模擬并生成數(shù)據(jù)的設計軟件，我們可以對受力狀態(tài)進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，跟蹤運動過程當中點的運動形成運動軌跡，模擬掉落實驗，3D 碰撞接觸狀態(tài)動力學仿真與分析，耦合運動模擬等多種情況的分析，為設計人員提供直觀簡單的數(shù)據(jù)以供分析，提高設計效率。⑸SolidWorks 無縫集成插件之 SolidWorks Simulation 有限元分析軟件：Simulation 是一種有限元分析技術（即 FEA 數(shù)值技術）的設計分析軟件，是 SRAC公司工程分析軟件之一。SRAC 公司成立于 1982 年，是將有限元分析帶入到桌面技術的先驅。Simulation 有不同的軟件包和應用程序，以適合不同用戶的需求。SimulationXpress 包是 SolidWorks 的內置部分，其他所有的 Simulation 包都是插件式的。不同包的功能如下：SimulationXpress：對一些具有簡單載荷和支撐類型的零件的靜態(tài)分析。Simulation Designer：對零件或裝配件的靜態(tài)分析Simulation Professional:對零件或裝配件的靜態(tài)、熱傳導、扭曲、頻率、掉落測試、優(yōu)化及疲勞分析。Simulation Advanced Professional:在上述所有功能的基礎上加上非線性和高級力學分析，還可以在 GeoSTAR 中進行。⑹SolidWorks Routing 介紹。SolidWorks Routing 是 SolidWorks 專門用于管道系統(tǒng)和電纜設計的一個插件完全與 SolidWorks 無縫集成。利用 SolidWorks Routing，我們可以完成管道路線、管筒路線以及電力電纜和約束的三維建模，并將三維模型在工程圖中應用，從而建立 管道和附件的下料表以及電纜的二維線束工程圖。SolidWorks Routing 的功能：直觀地創(chuàng)建和修改線路系統(tǒng)。在復雜的產品中迅速進行管筒、管道、電力電纜和纜束系統(tǒng)的 3D 參數(shù)建模。直接或通過線夾和吊架 2自動設計管筒、軟管、電力電纜和纜束段。SolidWorks 提供管筒、管道、電力電纜和纜束零件庫。自動創(chuàng)建包含完整信息（包括管道和管筒線路的切削長度）的工程圖和材料明細表。⑺自頂向下的設計方法。在自頂向下的設計環(huán)境中，用戶可以參考裝配體中零件的相互建立零件或特征，因此零件位置或輪廓與參考對象具有參考關系。當參考發(fā)生變化時，所建立的零件或特征也發(fā)生相應的變化。這種設計方法適合從無到有的純概念到實體的設計，也適用于根據(jù)已知部分零件來設計其他部分零部件的設計問題，在整體設計思路上更簡單，視覺更清晰，設計更靈活，是一種全新的設計理念的應用，可以大大的提高設計數(shù)度和效率。 GAMBIT 軟件介紹 GAMBIT 功能及簡介 GAMBIT 是專用簽處理軟件包，用來為 CFD 模擬生成網格模型。由它所生成的網格可供多種 CFD 程序或商用 CFD 軟件使用。GAMBIT (FLUENT 軟件的前置處理器) 的網格功能主要體現(xiàn)在以下幾個方面：⑴ 完全非結構化的網格能力。GAMBIT 之所以被認為是商用 CFD 軟件最優(yōu)秀的前置處理器完全得益于其突出的非結構化的網格生成能力。GAMBIT 能夠針對極其復雜的幾何外形生成三維四面體、六面體的非結構化網格及混合網格，且有數(shù)十種網格生成方法，生成網格過程又具有很強的自動化能力，因而大大減少了工程師的工作量。⑵ 網格的自適應技術FLUENT 采用網格自適應技術，可根據(jù)計算中得到的流場結果反過來調整和優(yōu)化網格，從而使得計算結果更加準確。這是目前在 CFD 技術中提高計算精度的最重要的技術之一。尤其對于有波系干擾、分離等復雜物理現(xiàn)象的流動問題，采用自適應技術能夠有效地捕捉到流場中的細微的物理現(xiàn)象，大大提高計算精度。如采用自適應網格后可以有效地分析汽車后視鏡附近的氣流分離現(xiàn)象，汽車尾部的旋渦區(qū)域及發(fā)動機水套的溫度場等復雜問題。FLUENT 軟件具有多種自適應選項，可以對物理量值、物理量的空間微分值（如壓力梯度） 、網格容積變化率、壁面 y*/y+值等進行自適應。⑶ 豐富的 CAD 接口 GAMBIT 包含全面的幾何建模能力,既可以在 GAMBIT 內直接建立點、線、面、體的幾何模型，也可以從 PRO/E、UGII、IDEAS、CATIA、SOLIDWORKS、ANSYS、PATRAN等主流的 CAD/CAE 系統(tǒng)導入幾何和網格。GAMBIT 與 CAD 軟件之間的直接接口和強大的布爾運算能力為建立復雜的幾何模型提供了極大的方便。GAMBIT 軟件是面向 CFD 的專業(yè)前處理器軟件，它包含全面的幾何建模能力,既可以在 GAMBIT 內直接建立點、線、面、體幾何，也可以從主流的 CAD/CAE 系統(tǒng)如PRO/E、UGII、IDEAS、CATIA、SOLIDWORKS、ANSYS、PATRAN 導入幾何和網格，GAMBIT 強大的布爾運算能力為建立復雜的幾何模型提供的極大的方便。GAMBIT 具有靈活方便的幾何修正功能，當從接口中導入幾何時會自動的合并重合的點、線、面；GAMBIT 在保證原始幾何精度的基礎上通過虛擬幾何自動的縫合小縫隙，這樣既可以保證幾何精度，又可以滿足網格劃分的需要。GAMBIT 功能強大的網格劃分工具，可以劃分出包含邊界層等 CFD 特殊要求的高質量的網格。GAMBIT 中專有的網格劃分算法可以保證在較為復雜的幾何區(qū)域可以直接劃分出高質量的六面體網格。GAMBIT 中的 TGRID 方法可以在極其復雜的幾何區(qū)域中可以劃分出與相鄰區(qū)域網格連續(xù)的完全非結構化的網格，GAMBIT 網格劃分方法的選擇完全是智能化的，當你選擇一個幾何區(qū)域后 GAMBIT 會自動選擇最合適的網格劃分算法，是網格劃分過程變的極為容易。GAMBIT 可以生成FLUENTFIDAP、POLYFLOW、NEKTON、ANSYS 等求解器所需要的網格。 GAMBIT 的操作界面GAMBIT 自動啟動后，出現(xiàn)類似如下圖所示的操作界面，該操作界面分為六大區(qū)域。 圖 GAMBIT 操作界面1 顯示區(qū)該區(qū)域位于圖所示的中央，是 6 大區(qū)域中最大的一塊，用于顯示幾何模型及生成的網格圖。如果需要，該顯示區(qū)可以拆分成 4 個小區(qū)，這樣便于顯示和操作。這里顯示出的是透平機械的網格圖，沒有對顯示區(qū)進行拆分。2 菜單區(qū)GAMBIT 的菜單區(qū)位于顯示區(qū)的上方，共有 File、Edit、Solver 和 Help4 個菜單。其中，F(xiàn)ILE 菜單提供的操作包括打開文件、保存文件、從文件中導入模型、導出當前模型、退出等。EDIT 菜單提供的操作包括修改系統(tǒng)設置、取消上一步操作、重復剛取消的操作等。SOLVER 菜單用來選擇求解器的類型，如 FLUENT/UNS、FLUENT 5/6 和 ANSYS 等。HELP 顯示幫助信息。3 操作區(qū)操作區(qū)位于界面右側，由 3 個層次的命令組及當前命令使用的對話框構成。其中，第一層次的命令組為 Operation+包含 4 個二級命令組，依次為 Geometry（幾何操作） ，Mesh(網格劃分),Zones(區(qū)域指定)和 Tools(工具)。這 4 個命令組分別有一個按鈕與之結應，使用 GAMBIT 的大部分命令都通過這 4 個按鈕發(fā)出。它們的功能分別是： Geometry 命令組提供了建立點、線、面及組的多種方法，以及相關的顏色控制、信息統(tǒng)計和數(shù)據(jù)刪除等功能； Mesh 命令組包括對邊界、線、面、體和組的網格劃分、網格聯(lián)結、信息修改等功能； Zones 命令組用于指定和命令模型及模型的邊界； Tools 命令組提供了網格生成時的一些輔助工具。剛一啟動 GAMBIT 時，只顯示最高層次命令組，即 Operation 命令組。單擊命令組中的某個命令按鈕時，會出現(xiàn)相應的二級命令組。單擊二級命令組中的按鈕，會出現(xiàn)三級命令組。例如，圖 2 顯示的三個層次的命令組分別為：Operation、Mesh和 Face，與 Face 命令組中的 Mesh Faces 命令相對應的對話框是 Mesh Faces。4. 操作提示區(qū)操作提示區(qū)位于顯示區(qū)下方，由兩個小窗口構成，標題分別為 Transcript 和Description。其中，Transcript 窗口用于顯示操作信息，包括完成過程中的一些重要信息和操作失敗的原因。Description 窗口給出鼠標指針移到某個按鈕上時的提示信息。5. 命令提示行命令提示行位于界面的最下方，窗口的標題是 Command，用戶可在該區(qū)輸入所需要的命令。6. 控制區(qū)控制區(qū)位于界面右下角，標題為 Global Control，如圖 所示。通過單擊該區(qū)域內的按鈕，可對顯示區(qū)內坐標系標識、顏色、模型的各個顯示屬性等進行控制。控制區(qū)中第一行上的五個小圖標按鈕用于控制顯示區(qū)的四個小區(qū)。第一個小圖標按鈕控制左上區(qū)。若圖標按鈕中的深色部分為紅色，則表明顯示區(qū)的左上區(qū)是活動的，可以進行操作，例如改變顯示角度等；如果是灰色的，那么左上區(qū)不能進行操作。第二到四個圖標的功能與之類似。