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                                                                                                      Flownex     


Flownex是一个集成了CFD程序的管网系统设计软件,主要用于模拟、设计和优化复杂的热流系统。Flownex可以准确、快速和高效的模拟复杂的热流动环境以及简单的流体控制系统,能帮助工程师提高工作效率。Flownex具有强大的仿真能力,可计算气体、液体、气体混合物以及均匀两相流的流动;能模拟分析快速变化及慢速变化的动态过程;能够计算流体和固体间的热交换,包括壅塞现象、自然对流和焦耳加热等;通过建立子系统来模拟复杂的系统;具有强大的用户图形界面和输出能力,能与Ansys、MATLAB、Simulink以及Labview等软件进行方便的数据交换。Flownex在核工业、航空航天、能源电力系统、石油化工以及暖通空调等方面均有广泛的应用。 

核工业领域的专业软件

Flownex是一款符合ISO 9001:2008标准和核电设施质量保证要求(NQA1)的仿真系统,是目前同类软件中唯一具有核认证和质量证明的高可信度、高精度的仿真软件。Flownex在核工业领域,尤其在球床模块高温气冷堆(PBMR)方面进行了广泛的验证和确认(V&V)。Flownex能够模拟压水反应堆(PWR)系统中U形管蒸汽发生器的循环率、空隙组分等,计算一次蒸发器中的沸腾率、干涸位置、金属温度,并设计流动分布以保证沸腾稳定,也可以利用自带的内置点动力学方法或外部软件计算反应冷却液,覆盖燃烧的温度和中子反馈情况等;Flownex也能够用自带的内置点动力学方法或外部软件计算高冷气冷堆(HTR)卵石床或者棱柱体反应堆的冷却剂、反应减速器和燃料温度等。另外,Flownex在给水系统、蒸汽涡轮系统、冷却水循环系统、故障分析和紧急制动过程的仿真方面都有广泛的应用。

图1 PBMR系统仿真模型
 
航空航天多个领域的应用
Flownex具有超音速气流计算能力,能够计算喷管推力,预测喷管过膨胀及欠膨胀过程;Flownex能够对火箭发动机的瞬态启动过程以及排放进行计算与分析;Flownex能对燃烧室燃烧产物、燃烧火焰温度以及燃烧室瞬态热负荷进行计算,分析燃烧室主流与冷却孔间的流动;Flownex可以用于压气机-涡轮功率匹配、压气机喘振边界分析、压气机非设计工况性能预测以及系统的瞬态响应等;同时,Flownex能够帮助机舱的环境控制及生命保障系统设计,控制舱内温度、压力、气流以及温度和湿度分布;Flownex已成功应用于飞机空中加油系统的设计,帮助设计空中加油的控制系统设计、泵的选择和管路的设计。图2为米格战机空中加油供油系统仿真模型,图3为米格战机排气系统仿真模型,该仿真结果成功分析了空中加油系统的流量分布,帮助工程师解决了单个阀门失效的情况下,系统的安全问题(算例来自Flownex官网,南非Aerosud公司);图4 是Flownex对涡轮冷却系统的仿真模型。图5是Flownex模拟环形燃烧室的仿真模型,模型以节点分布的形式代替了CFD的模拟,计算得到了质量流量、燃烧室压降、燃烧气体产物和温度等,计算结果给燃烧室的初始设计提供了有效的帮助,相比常规的CFD计算,Flownex具有更高的计算效率,节约了计算资源(算例来自Flownex官网,Rolls-Royce公司)。

图2 空中加油供油系统仿真

图3 空中加油排气系统仿真

图4 涡轮冷却系统仿真

图5 燃烧室流动仿真模型
 

能源动力领域的广泛应用
Flownex在能源动力领域应用十分广泛,能够模拟余热蒸汽发生器(HRSG)稳态及瞬态过程,计算气体与水蒸汽的热交换过程,模拟整个HRSG系统,包括过热换热器、蒸发器、泵及透平等,并辅助设计最优的操作环境,检测各材料的温度变化并设计最优的控制策略,确定功率输出等,同时,FLownex能够计算非设计工况或者紧急情况下的参数,计算启动过程的温度梯度,模拟系统启动、关闭过程及负载变化过程,并对系统进行稳定性分析等。
Flownex能够对给水系统泵汽蚀余量、热管破裂问题以及空化/相变问题进行分析;对冷却水循环系统中的管路、阀门和泵进行分选,设计热交换器,分析水锤现象、冷却塔响应,并对水网系统进行流动平衡分析及效能优化;Flownex也能计算蒸汽涡轮及其辅助系统的启动、关闭及各种变化过程,还能模拟油封系统及轮滑系统等。    图6是蒸汽涡轮循环中除气系统的仿真模型,Flownex成功计算了系统中两相流的流动区域,对管路中的流动分布进行优化,提高了系统的运行安全(算例来自Flownex官网)。图7是发电机组压力调节器的油封系统仿真模型,Flownex计算得到了启动过程中调压座温度分布,为设计者提供了有效参考,避免了不利影响(算例来自Flownex官网)。

图6 除气系统两相流仿真模型

图7 发电机组油封系统仿真模型
 

石油化工中的应用
Flownex在石油化工领域应用十分广泛:给水系统泵汽蚀余量(NPSH)问题分析、热管破裂问题分析、流动空化/相变现象的检测等;冷却水循环系统流动平衡分析、泵及管路设计、热负荷计算及热交换器设计、水网系统设计、水锤现象分析与预防、环境-冷却塔-工厂整体系统匹配;自然循环锅炉中网状率和蒸汽产量计算,并预测干涸情况;过热设备和蒸汽管道金属温度和换热率的计算;蒸汽涡轮及其辅助系统启动和关闭过程仿真;单程流通式锅炉流动平衡计算及沸腾稳定性评估等。Flownex还能计算非牛顿流体的压降及其管网系统流动平衡分析,并进行瞬态压力脉动评估。应用Flownex能快速模拟不同热交换器,如翅片管热交换器、管壳式热交换器、管-管热交换器及盘式热交换器的换热和压降,计算加热或冷却设备中的蒸发、冷凝、温度控制等不同过程,可以计算瞬态金属温度变化率等。图8为火焰加热器仿真模型,Flownex计算了启动/关闭等瞬态条件下加热器的温度梯度,有效的分析了加热器的热疲劳过程(算例来自Flownex官网)。

图8火焰加热器热疲劳及应力分析
 

暖通空调中的系统分析
Flownex能模拟整个暖通空调系统:能计算建筑物内空气的热负荷、温度、压力和湿度,分选风扇、百叶窗及管网系统,设计换热器和循环率及控制策略;能计算加热/冷却水系统中管内流速和压降,选择泵和阀及控制策略,预测空化现象及水锤现象等;能模拟制冷机组压气机性能,计算机组温度和压力,设计制冷循环(包括压缩和膨胀),并设计蒸发器等;能计算冷却塔尺寸,计算蒸发率随环境湿球温度的变化函数,选择合理的泵和风扇,优化系统运行效率。图9为暖通空调整体系统仿真模型。

图9暖通空调系统仿真及综合治理
 

采矿作业中最优化设计
Flownex软件在能够帮助设计水处理系统,包括泵、水轮机和管路的设计,能够分析水锤现象及其预防,能够对水网系统进行分析和设计;Flownex能够对制冷供暖系统进行系统仿真和综合评价,计算系统热负荷、设计热交换器,并优化环境-冷却塔-工厂整体系统;同时,Flownex能追踪污染物、分析矿井深度与通风温度及湿度的变化等。图10是采矿作业制冷供暖系统局部仿真模型,Flownex成功计算了系统的热负荷,对换热器的设计和压气机的选型提供了有效的帮助(算例来自Flownex官网,AngloGold Ashanti公司)。

图10制冷供暖系统压气机及热交换器设计
 
 
强大的输入输出功能
Flownex能与Ansys、MATLAB、Simulink以及Labview等软件进行方便的数据交换。Flownex具备完善的可视化后处理功能,能方便的进行2D/3D结果显示。图11为Flownex软件与Ansys软件交互计算模型,Ansys软件计算得到的数据文件可以作为Flownex元件,Flownex进一步计算整个网络系统的参数。

图11 Flownex与Ansys交互计算模型
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