摘要
　　以氣動傳輸系統(tǒng)的載體管道為對象，利用ANSYS有限元分析軟件中的FLUENT模塊，對管道中的薄弱環(huán)節(jié)彎管部分進行流體分析，得出了氣體在經(jīng)過彎管時的壓力分布云圖和速度矢量圖。直觀的反映出在額定風機功率下氣體經(jīng)過彎管時壓力和速度的變化，進而分析出壓力和速度損失的大小和原因，為實際工程應用中提供合理的建議和解決方案。

1 引言
隨著制造業(yè)的不斷發(fā)展，工業(yè)自動化不斷普及，火電企業(yè)對入場煤的采制化也實現(xiàn)了自動化和智能化，氣動管道物流傳輸系統(tǒng)作為傳輸?shù)妮d體具有快速、安全、便捷、高效和節(jié)能的特點，開始在火電企業(yè)的煤樣傳輸中獲得推廣。

煤樣瓶在傳輸過程中并不是勻速的，特別是在彎管處的受力和速度都是變化的，彎管中風速和壓力的損失，會導致煤樣瓶無法通過彎管，從而不能完成煤樣傳輸?shù)墓δ埽哟箫L機功率，會加大功率損耗，更重要的是加劇煤樣瓶與彎管的摩擦，特別是對彎管外側管壁的摩擦，從而影響彎管的使用壽命。以往在管道設計和風機選型中都是根據(jù)壓力和速度損失的經(jīng)驗公式來估算，這種方法存在一定的缺陷。而通過FLUENT進行有限元分析，可以直觀的看到氣流在經(jīng)過彎管時壓力和速度的分布情況，并根據(jù)FLUENT的分析結果來了解壓力損失的原因，以及在實際管道設計中應考慮的因素。

2 FLUENT介紹
　　FLUENT是有限元分析軟件ANSYS中的流體分析模塊，用來模擬從不可壓縮到高度可壓縮范圍內(nèi)的復雜流動。由于采用了多種求解方法和多重網(wǎng)格加速收斂技術，因而FLUENT能達到最佳的收斂速度和求解精度。本文中就利用FLUENT對管道內(nèi)的氣體的流場進行分析，其主要步驟為：（1）建造流場模型，（2）網(wǎng)格劃分，（3）施加邊界條件，（4）求解。

3 實例分析
3.1 設置初始條件

本文根據(jù)煤樣瓶傳輸管道的彎管的實際工程使用來設置初始條件：彎管的內(nèi)徑d=133mm，外徑D=140mm，彎管半徑R=800mm，流體模型斷面圖如圖1所示；風機的出風口風速V風=45m/s，方向垂直于橫斷面，因速度小于50m/s，故為不可壓縮流體，管道內(nèi)溫度t=300K，風機出口直徑為75mm，風機風量為320m3/h；由于入口處壓強未知，本文假定出口處的壓強為0Pa，空氣密度為1.29Kg/m3。

（ 圖1 流體模型斷面圖）

3.2 計算過程

（1）建立模型
根據(jù)彎管流場二維圖繪制三維圖，即以管道內(nèi)徑為直徑的實體彎管作為空氣的流場模型。

（2）劃分網(wǎng)格
網(wǎng)格劃分的質(zhì)量直接影響最終的計算結果，劃分的網(wǎng)格越多，最終的結果越精確，但是也給計算機的計算帶來較大工作量。本次模型劃分160萬個六面體網(wǎng)格，如圖2所示。

（圖2 網(wǎng)格劃分模型）

（3）施加邊界條件
在彎管的入口處施加0.1089kg/s的質(zhì)量流量。假定管道內(nèi)壁光滑，忽略摩擦，管道內(nèi)溫度恒定，對模型進行加載。

（4）求解
通過對加載的模型進行求解，可以得到總的壓強分布云圖以及速度矢量圖如圖3和圖4。

    3.3 計算結果及分析

壓強分布云圖如圖3所示，從彎管的入口到出口，彎管的壓強發(fā)生了顯著的變化，由于風機和彎管的直徑不同，彎管的入口處四周會形成一定的負壓，總壓會從上到下成遞減的態(tài)勢，同時可以看出在彎管的內(nèi)側，壓強幾乎下降為0，彎管中心線的位置壓強沒有變化，而從中心線到彎管外側的過程中壓強急劇增大。

速度矢量圖如圖4所示，氣體的速度變化和壓力的變化趨勢類似，彎管的內(nèi)側速度幾乎為0，由內(nèi)側到外側逐漸增大，同時，速度的方向也發(fā)生顯著的改變。從入口到出口，在垂直于風速的橫截面上風速的大小變化也越來越均勻。根據(jù)風機的風量可知彎管入口處的平均速度為14.2m/s，而由速度的矢量圖中可知出口處的平均速度為7.5m/s。

這是由于氣體在通過彎管時，受到離心力的作用，在彎管弧形處形成二次渦旋流，導致氣體的流場產(chǎn)生了紊流的變化，氣流分子發(fā)生相互碰撞，最終導致管道中的壓強和速度的急劇變化。而這個離心力也是導致壓強損失的主要原因。根據(jù)管道的靜壓圖如圖5，由出口處的靜壓與入口處的靜壓差可以得到此彎管在風量為320m3/h時的情況下壓降為108Pa。

（圖5 靜壓圖(帕)）

3.4 工程應用

通過對彎管的流體分析，能夠?qū)ξ覀兠簶悠總鬏數(shù)膶嶋H應用以及實驗中給予指導作用。

（1）根據(jù)壓強云圖，可以知道在風機風量不變的情況下，通過此彎管后，氣體壓強的損失量，在工程應用中，可以根據(jù)彎管的使用數(shù)量來調(diào)整風機的轉(zhuǎn)速，或者在多個彎管中，為實現(xiàn)功能要求，也可以在入口處加大風機轉(zhuǎn)速，在出口開孔進行泄壓，通過這種方式來減少管道的壓力，從而降低摩擦力，減少對管道的磨損。

（2）根據(jù)速度矢量圖，可以根據(jù)垂直速度方向的橫截面的平均速度來得出通過彎管后的速度變化，再根據(jù)工程應用中對平均傳輸速度的要求，對風機的轉(zhuǎn)速進行調(diào)整。

4 結論
　　（1）使用流體分析軟件FLUENT對氣動傳輸中彎管的流場進行建模分析，根據(jù)計算結果，得到彎管總壓分布云圖、靜壓圖和速度矢量圖。并根據(jù)壓強云圖及速度矢量圖進一步分析出由于氣體在彎管處產(chǎn)生離心力的作用導致了壓強的損失，以及速度的大小和方向的改變。

（2）根據(jù)分析結果，在實際工程應用中，合理的調(diào)整風機的轉(zhuǎn)速，不僅能夠節(jié)省能源，還能降低彎管的磨損，增加彎管的壽命。

（3）本文只對彎管的壓強分布趨勢以及壓降進行分析，在以后的研究中還要結合實驗，測出入口處的壓強，在此基礎上，對彎管的壓強及應力進行進一步的分析。