在工程應(yīng)用中，湍流模擬主要有三種類型:直接數(shù)值模擬、大渦模擬和RANS模擬。由于目前的計算條件有限，只能模擬一些雷諾數(shù)較低的情況。目前，最強大的工具大渦模擬方法并沒有擺脫計算條件的限制。由于硫磺噴槍蒸汽通道的雷諾數(shù)為13695，湍流的數(shù)值模擬是基于雷諾平均N-S方程(RANS)。選擇k-ω模型作為湍流模型。根據(jù)離散原理，計算流體力學(xué)數(shù)值模擬分為有限差分法、有限元法和有限體積法。有限差分法適用于結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，網(wǎng)格步長需要根據(jù)實際情況確定。然而，硫磺噴槍主體的網(wǎng)格是四面體非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。有限元分析廣泛應(yīng)用于固體力學(xué)分析中，幾乎所有相關(guān)軟件都采用有限元分析方法。由于處理對流項的復(fù)雜性以及與有限差分法和有限體積法相比求解速度較慢，有限元分析在水動力計算中沒有得到廣泛應(yīng)用。因此，本設(shè)計需要有限體積法。有限體積法也是控制體積法，它的基礎(chǔ)是物理量守恒。其中，網(wǎng)格點的因變量未知。為了獲得控制體積積分，需要假設(shè)值的分段分布曲線。其優(yōu)點如下:

(1)基于積分形式的控制方程，積分方程也可以實現(xiàn)保守計算；
(2)積分方程中的每個項都有明確的含義，所以當(dāng)方程是離散的時，可以對每個離散項給出一定的物理解釋；(3)將具有離散區(qū)域的節(jié)點網(wǎng)格從控制體中分離出來進行集成。計算流體力學(xué)常用的算法包括SIMPLE算法、SIMPLER算法和PISO算法。對于瞬態(tài)問題，PISO算法有更明顯的優(yōu)勢。對于穩(wěn)態(tài)問題，SIMPLE或SIMPLER算法可能更合適。在SIMPLER算法中，只要速度場是正確的，壓力場也是正確的。然而，SIMPLE算法沒有這個特性。因此，SIMLPER算法在計算壓力場時具有較高的效率，在求解動量方程時更為突出。因此，盡管Simlper算法的計算量比SIMPLE算法多30%，但計算時間比SIMPLE算法少30~50%。硫噴槍的數(shù)值模擬是在穩(wěn)態(tài)條件下進行的，采用分離法，因此SIMPLE或SIMPLER算法更合適。與SIMPLE算法相比，SIMPLER算法提高了計算的收斂性，從而縮短了計算時間。

硫磺噴槍的夾套層為蒸汽，管側(cè)為液體硫磺，兩個區(qū)域不重疊。通過管壁的傳熱，耦合效應(yīng)只發(fā)生在兩個相交的界面上，這是流固耦合研究中的第一類問題。由于硫噴槍的數(shù)值模擬是在Fluent、穩(wěn)態(tài)熱、靜態(tài)結(jié)構(gòu)三個模塊中實現(xiàn)噴槍的熱流固耦合。計算了流體熱交換引起的固體熱流和溫度場，并計算了流體作用引起的固體變形、應(yīng)力和應(yīng)變。耦合界面的數(shù)據(jù)傳輸是單向的，是典型的單向流固耦合問題。