XFD浮選機(jī)數(shù)值模擬網(wǎng)格劃分

劉 翔

（中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083）

XFD浮選機(jī)是實(shí)驗(yàn)室分選細(xì)粒煤泥的設(shè)備，其內(nèi)部流場(chǎng)運(yùn)動(dòng)非常復(fù)雜，使用數(shù)值模擬的方法可以高效的了解其運(yùn)動(dòng)特性。張會(huì)娥采用Gambit軟件對(duì)XFD浮選機(jī)進(jìn)行網(wǎng)格劃分。但是近年來(lái)一般采用ICEM對(duì)流體模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。

1 XFD浮選機(jī)幾何模型建立

（1）槽體的生成。草圖繪制壁面一側(cè)形狀，使用拉伸，抽殼方式將主槽體生成。然后建立基準(zhǔn)面，繪制副槽體草圖，使用放樣，抽殼方式生成副槽。最后通過(guò)切除拉伸，將主副槽之間的循環(huán)孔繪制出來(lái)。

（2）轉(zhuǎn)子與軸的生成。

（3）定子的生成。首先通過(guò)拉伸和切除將定子圓盤及循環(huán)孔繪制出來(lái)，然后再圓盤上繪制葉片的草圖，并且拉伸形成定子葉片。最后通過(guò)列陣的方式將其余葉片生成。

（4）定子上部圓臺(tái)部分的生成。這部分包括的細(xì)節(jié)比較多：空氣的入口、與定子相連的循環(huán)孔、與副槽相連的循環(huán)孔以及兩個(gè)傾斜的擋板。

（5）最終通過(guò)Solid works裝配體模塊，將XFD浮選機(jī)的各個(gè)零部件組裝起來(lái)，形成最終的三維實(shí)體模型，如圖1所示。

2 XFD浮選機(jī)網(wǎng)格劃分

2.1 網(wǎng)格介紹

ICEMCFD強(qiáng)大的網(wǎng)格劃分技術(shù)如：邊界層自動(dòng)加密、局部加密、高質(zhì)量的全六面體網(wǎng)格、復(fù)雜空間的混合網(wǎng)格等可以滿足CFD嚴(yán)格的網(wǎng)格要求。

根據(jù)網(wǎng)格的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以分為結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。雖然結(jié)構(gòu)網(wǎng)格有計(jì)算精度高、效率高，且可以方便準(zhǔn)確的處理邊界條件等優(yōu)點(diǎn)，但是對(duì)于外形復(fù)雜的計(jì)算區(qū)域來(lái)說(shuō)，網(wǎng)格的生成較為困難。因此對(duì)于復(fù)雜區(qū)域的網(wǎng)格劃分就需要使用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格了。由于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格沒(méi)有規(guī)則的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)也是隨意分布的，因此靈活性比較強(qiáng)并且求解精度較低。

2.2 XFD浮選機(jī)網(wǎng)格劃分步驟

（1）將Solid works中的三維實(shí)體模型導(dǎo)入ICEMCFD中，進(jìn)行計(jì)算前處理。最終劃分兩個(gè)計(jì)算域：靜止區(qū)域和旋轉(zhuǎn)的動(dòng)區(qū)域，如圖2所示。

圖1 XFD浮選機(jī)流體域

圖2 XFD浮選機(jī)網(wǎng)格劃分

（2）生成四面體網(wǎng)格并局部加密。網(wǎng)格生成后進(jìn)行調(diào)整，檢查網(wǎng)格質(zhì)量，修復(fù)質(zhì)量不好的網(wǎng)格，循環(huán)往復(fù)直到網(wǎng)格質(zhì)量符合要求。

（3）當(dāng)網(wǎng)格質(zhì)量及效果達(dá)到預(yù)期的時(shí)候，將規(guī)則區(qū)域中的四面體網(wǎng)格轉(zhuǎn)化為六面體網(wǎng)格，轉(zhuǎn)化率為0.3最為合適。調(diào)整后網(wǎng)格質(zhì)量符合要求時(shí)，就可以輸出網(wǎng)格。

（4）最終劃分網(wǎng)格數(shù)量是2202338個(gè)，按照ICEM軟件中網(wǎng)格質(zhì)量判定指標(biāo)檢測(cè)網(wǎng)格質(zhì)量為0.4以上，符合計(jì)算要求。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）對(duì)XFD浮選機(jī)的內(nèi)部構(gòu)造進(jìn)行深入了解，測(cè)量了實(shí)驗(yàn)室XFD浮選機(jī)的真實(shí)尺寸，并使用Solid works對(duì)其進(jìn)行1：1三維實(shí)體建模。

（2）對(duì)比不同網(wǎng)格的劃分特點(diǎn)，最終得出對(duì)XFD浮選機(jī)采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格最合適。

（3）采用四面體網(wǎng)格與六面體網(wǎng)格結(jié)合，并且局部加密的混合網(wǎng)格劃分方式劃分了XFD浮選機(jī)網(wǎng)格。