基于Fluent的低雷诺数突扩圆管流场的数值模拟_许自顺
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三维圆管流动状况的数值模拟分析毕业论⽂学⽣姓名:袁洪武学号:20082396学院:⼟⽊⼯程与⼒学学院专业年级:2008⼯程⼒学题⽬:三维圆管流动状况的数值模拟分析指导教师:蒋光彪副教授评阅教师:余敏讲师2012年 5 ⽉摘要在⼯程和⽣活中,圆管内的流动是最常见也是最简单的⼀种流动,圆管流动有层流和紊流两种流动状况。
雷诺数是判别流体流动状态的准则数。
本⽂⽤Fluent软件来模拟研究三维圆管的层流和紊流流动状况,主要对流速分布和压强分布作出分析。
⾸先在Gambit⾥建⽴物理模型,分别建⽴直圆管与90度弯圆管的物理模型,并划-⽅程[]1,分⽹格。
选⽤液体流动的质量守恒⽅程、动量守恒⽅程、能量守恒⽅程以及kε分别对层流和紊流采⽤不同的3种⼊⼝流速来对三维圆管内部流体进⾏模拟分析,并在FLUENT软件中以直观的⽅式表⽰出了层流和紊流各种不同速度在圆管中的流动状况,分析讨论其不同流速下的规律、特点。
并通过⼏种理论⽅式计算验证所得到的数值模拟结果的准确性。
结果证明所得到的数值模拟结果与圆管层流、紊流的理论数据相符合。
关键词FLUENT;光滑圆管;湍流;层流;雷诺数;数值模拟Title The numerical simulation and analysis of the flow in the 3D round tubeAbstract:In engineering and life, circular pipe flow is the most common and the simplest flow, and it contains two flow conditions-aminar and turbulent. Reynolds number is used to distinguish the fluid state criterion. This paper is to simulate study of three-dimensional pipe laminar and turbulent flow by Fluent software, which mainly makes analysis on the velocity distribution and the pressure distribution .First, establish physical model in the Gambit, respectively, set straight circular pipe and 90 degree bend pipe physical model, and then, mesh. Selecting liquid flow equation of mass conservation, momentum conservation equation and energy conservation equation of laminar flow and turbulent flow, we can, respectively, use 3 different entrance velocity to make simulation analysis of 3D pipe internal fluid. In Fluent software , this paper expresses the different velocity of laminar and turbulent flow in pipe flow condition in an intuitive way, discussing pattern and characteristics under different flow, and verifies the accuracy of the numerical results through several theoretical method.Results show that the numerical results are Conformed to the theory datas of Laminar and turbulent flow .Keywords:Fluent; Smooth pipe; Turbulent flow; Laminar flow; Reynolds number;Numerical simulation⽬录1 绪论 (1)1.1课题提出的意义 (1)1.2直接数值模拟⽅法简介 (1)1.3主要研究内容 (2)2直接数值模拟⽅法 (3)2.1FLUENT简介 (3)2.2FLUENT的计算过程 (5)2.3控制⽅程 (6)3 在GAMBIT建⽴中模型 (9)3.1直圆管 (9)3.290度弯管 (10)4 在FLUENT中求解计算层流流动 (11)4.1FLUENT的参数设置 (11)4.2直圆管层流计算结果及分析 (12)4.390度弯管层流计算结果及分析 (18)4.4圆管层流数值模拟结果的验证 (22)5 在FLUENT中求解计算紊流流动 (26)5.1FLUENT参数设置 (26)5.2直圆管紊流计算结果及分析 (26)5.390度弯管紊流计算结果及分析 (33)5.4圆管湍流数值模拟结果验证 (35)6 总结与展望 (38)6.1总结 (38)6.2展望 (38)参考⽂献 (39)致谢 (41)1 绪论1.1 课题提出的意义对实际⼯程中⼤量存在的边界形状复杂的区段内的流动,鉴于其复杂性和测量的困难性,实验往往只能给出总流的参数,却⽆法给粗区段内详细的流场信息,⽽数值模拟能够给出相关流场的具体信息[]2。
2016年第1期信息与电脑China Computer&Communication计算机工程应用技术目前,对于航空发动机内部燃烧室内部部件的设计,相比之前,需要更高的温升和更强的耐热性,这也不可避免地带来一些问题:比如油气之间的匹配问题、燃烧室火焰筒及涡轮叶片的冷却等。
目前,在推重比8一级的温升水平基础上,发动机10一级的发动机燃烧室温升水平较此提高了约200℃,采用的技术是对流气膜冷却或浮动壁的冷却技术。
我们若希望提高发动机燃烧室的温升水平,就要想办法解决恶劣的火焰筒工作条件带来的安全和可靠性问题。
目前,解决的方法通常是以下两种:一种采用先进的气膜冷却技术,还有一种就是火焰筒材料的许用温度如何提高。
在现代航空发动机中,热容量和温度上升都很高,传统的气膜冷却技术已无法满足现代航空燃烧室的日益发展了。
因此,我们需要积极寻求新的、高效的冷却方法。
本文使用了Fluent软件对冲击-发散复合冷却方式进行了数值模拟,通过改变吹风比M,相邻孔间距与发散孔径比(Pi/dm或Pm/dm),得出了这三个数值的大小对冷却效率的影响,并利用这个基本特征对流场与温度场进行模拟分析,总结出一定的规律。
1 计算方法1.1 物理模型我们采用Fluent软件中的分离隐式求解器对各个物理量进行了三维稳态计算,控制方程的通用形式如公式(1)所示:(1)式中,ρ表示流体的密度,ϕΓ和ϕS表示变量ϕ所对应的有效扩散系数和源项。
dm设定为1.0mm,其含义是发散孔直径,tm设定为=1.8mm,其含义是发散孔板厚度,Sm表示沿主流流向的相邻发散孔间距,Pm为展向的相邻发散孔间距;di设定为1.5mm,表示冲击孔直径,ti设定为1.8mm,表示冲击孔板厚度,Si表示沿主流流向的相邻冲击孔间距,Pi表示沿展向的相邻冲击孔间距。
其中,H/di的值为2.0,表示冲击间距与孔径比,Pi=Pm=2Si=2Sm,两壁之间的缝高H=3.0mm。
冲击孔与发散孔的排列布置方式为叉排正菱形,展向上的流动具有一定的相似性,因此我们选取沿流向上第19排孔作为研究区域,简化对称性边界条件后,选取宽度为Pi的两排孔作为研究区域。
突扩管流动形态的数值模拟周再东;魏长柱;孙明艳;刘帅【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2012(012)030【摘要】针对油品在管道中运输时常常遇到边界突然扩大的流动状态.分别建立突扩管的物理模型、数学模型,并应用软件模拟不同雷诺数、不同突扩比下的管内流体的流动形态,得出了不同雷诺数下轴向压力的变化趋势以及局部水头损失随突扩比的影响规律.结果可以很好地反映突扩管流的基本特征.对于石油生产中常见的此类问题的研究具有重要的意义和作用.%For the pipeline transportation of oil in the border sudden expansion of the flow state is often faced. To established physical model, mathematical model, and application software to simulate different Reynolds number, different enlargement ratio of fluid movement form, the trend of the axial pressure under different Reynolds numbers, as well as the local head loss with the sudden expansion of the law is obtained. The results can be very good response to sudden expansion of the basic characteristics of pipe flow, common for the oil production of such issues of great significance and role.【总页数】3页(P7983-7985)【作者】周再东;魏长柱;孙明艳;刘帅【作者单位】大庆油田有限责任公司储运销售分公司储运保障大队,大庆163000;大庆油田有限责任公司第二采油厂,大庆163414;大庆油田有限责任公司第三采油厂,大庆163000;大庆油田有限责任公司第一采油厂,大庆163000【正文语种】中文【中图分类】O352;TE832.2【相关文献】1.突扩管层流流动的数值模拟 [J], 白彩鹏2.冷却条件下超临界CO<sub>2</sub>在突扩管中流动及其换热的数值模拟 [J], 王超;张信荣;白皓;;;3.突扩管内部流体流动性能的数值模拟 [J], 王战辉;张智芳;高勇;李瑞瑞4.突扩膨胀射流冲击换热与流动的数值模拟 [J], 郑传波;耿丽萍;周静伟5.泄洪洞弧形闸门突扩突跌出口段三维流动的数值模拟 [J], 李国栋;许文海;邵建斌;陈刚因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
Hydraulics Pneumatics&Seals/No.12.2010基于Fluent流场数值仿真的管路流量计算张功晖1黎志航2周志鸿1(1.北京科技大学土木与环境工程学院,北京100083; 2.广东肇庆爱龙威机电有限公司,广东肇庆526238)摘要:利用Fluent三维单精度求解器,对管路内的三维稳态流场进行仿真,利用后处理工具得到管路体积流量,并将Fluent数值仿真计算的体积流量结果与实测结果进行对比,数值仿真计算结果得到实际测量实验的验证。
关键词:Fluent;管路;流量中图分类号:TH138.52文献标识码:A文章编号:1008-0813(2010)12-0041-03Air-passage Structure Improving of Pneumatic ElectromagneticValve Based on Flow Field Simulation withing FluentZHANG Gong-hui1LI Zhi-hang2ZHOU Zhi-hong1(1.Civil&Environment Engineering School of University of Science and Technology Beijing,Beijing100083,China; 2.Guangdong Zhaoqing L&V Co.,Ltd.,Zhaoqing526238,China)Abstract:This thesis applies Fluent single-precision solver calculate the volumetric flow rate by simulating3D steady flow field of the pipeline,and compares the calculated flow rate and the actual measured result.Key Words:fluent;pipeline;volumetric flow rate0提出问题广东肇庆爱龙威公司构建了如图1所示的管路,管路由一段长为L1=500mm、管内径为D1=4mm的塑料管AB,与一个长度为L2=40.14mm、孔径为D1=1.25mm 的不锈钢零件BC连接而成。
管道内壁粗糙度对沿程阻力影响的FLUENT 数值模拟分析姚雪蕾;袁成清;付宜风;白秀琴【摘要】针对在海底管道的设计阶段准确获取沿程阻力的问题,采用FLUENT软件运用数值模拟的方法,分析粘性流体在管道中的摩阻损失与管道内壁粗糙度的关系,将计算结果与理论结果进行对比。
结果显示,除流态从水力光滑区到混合摩擦区间有一个过渡阶段存在误差外,其余都吻合良好,证实输油管道的内壁粗糙度只在混合摩擦区对摩阻有较大影响,改善管壁面粗糙度可以减小阻力。
若流态处于水力光滑区到混合摩擦区之间,计算摩阻系数仅靠经验公式是不合适的,应考虑采用数值模拟计算的方法。
%Aiming at the problem of obtaining accurately the on-way resistance of submarine pipeline at the design stage, numerical simulation method is adopted to analyze the relationship between loss of viscous fluid friction and wall roughness of the pipeline based on paring the calculated results with theoretical results and the actual situations, the results show there is a good agreement, except for the flow pattern transiting from the hydraulic smooth region to the mixed friction region.It is confirmed that the friction coefficient is strongly influenced by pipeline wall roughness only in the turbulent mixing friction re-gion.In this case, reducing the surface roughness of the wall can cut down the resistance.If the flow pattern transits from the hy-draulic smooth region to the mixed friction region, it is inappropriate to calculate friction coefficient only by the empirical formu-las, and numerical simulation is the method that should be considered.【期刊名称】《船海工程》【年(卷),期】2015(000)006【总页数】7页(P101-106,110)【关键词】输油管道;粗糙度;沿程阻力;FLUENT;数值模拟【作者】姚雪蕾;袁成清;付宜风;白秀琴【作者单位】武汉理工大学能源与动力工程学院可靠性工程研究所,武汉430063; 武汉理工大学船舶动力工程技术交通行业重点实验室,武汉430063;武汉理工大学能源与动力工程学院可靠性工程研究所,武汉430063; 武汉理工大学船舶动力工程技术交通行业重点实验室,武汉430063;武汉理工大学能源与动力工程学院可靠性工程研究所,武汉430063; 武汉理工大学船舶动力工程技术交通行业重点实验室,武汉430063;武汉理工大学能源与动力工程学院可靠性工程研究所,武汉430063; 武汉理工大学船舶动力工程技术交通行业重点实验室,武汉430063【正文语种】中文【中图分类】TE832;P756.2随着计算流体动力学的发展,利用FLUENT分析粘性流体在管道中的阻力特性已经得到了很多实用性的成果,如针对粗糙的管壁[1-4]或者是产生局部阻力损失的典型阀件(突扩管、三通管、弯管等)[5-6],通过数值模拟的方法可以模拟出常规实验无法得到的不同流场的各种信息。