案例7 - 冷却塔周围流场

1.案例介绍

随着工业化进程的加速，冷却塔作为热电厂、化工厂等大型工业设施中不可或缺的设备，其运行效率与稳定性直接影响到企业的能耗与生产成本。冷却塔通过水与空气的热交换作用，将工业生产过程中产生的废热释放到大气中，从而实现循环水的冷却再利用。然而，在大气流场复杂多变的环境下，冷却塔的性能往往会受到显著影响，如风速、风向、温度梯度等因素的变化均可能改变塔内空气的流动模式与热交换效率。

本案例旨在利用计算流体动力学（CFD）技术，模拟并分析大气流场下冷却塔的流动过程，重点研究不同气象条件下（如风速、风向变化）冷却塔内外空气流动特性、温度分布及热交换效率的变化规律，为优化冷却塔设计、提高运行效率提供科学依据。

本案例采用3D模型进行演示。计算模型如下图所示。

2.计算文件

网格文件：LQT.med

计算数据文件：meteo_wind

3.操作说明

本案例在格物CAE -> 大气流场仿真模块模块中完成。

3.1 网格导入

在 大气流场仿真 ->网格 中，类型选择上传网格，依照指示，将网格文件LQT.med以拖曳或以选择文件的方式导入网格。

3.2 选择湍流模型

点击拉格朗日粒子模块处，选择湍流模型为 k-epsilon 模型，时变特性为 瞬态，打开在湍流方程中计算重力项，大气流场类型选择为均质大气。

3.3 设置重力

点击全局模型，将gz方向重力设置为9.81m/s2，如下图所示。

3.4 选择气象数据

在 大气流场模块 ->大气流场 处选择气象数据，具体设置如下图。

3.5 选择材料

点击材料后面的[+]，选择材料类型为空气，其他具体设置如下图。

3.6 初始条件

点击初始条件，设置如下图所示。

3.7 边界条件

• 大气边界 新增边界条件，选择边界类型为大气边界，施加位置如图所示。

• 对称面 新增边界条件，选择边界类型为对称面，施加位置如图所示。

• 壁面 新增边界条件，选择边界类型为壁面，施加位置如图所示。

3.8 求解器设置

点击总体求解设置，具体设置如图所示。

点击方程求解设置，具体设置如图所示。

3.9 时间步长设置

在时间步&资源中设置计算步长和计算时间。为了保证计算稳定，时间步长设置为5s，模拟总时间为200s，计算核数32核，输出频率为4。

4 计算与仿真结果

4.1 仿真计算

设置完成后，点击仿真计算，点击提交计算，即可开始计算。

4.2 结果展示

点击 仿真计算->结果云图，选择物理场为 Velocity/Magnitude，即可查看速度场。