应用FLUENT进行射流流场的数值模拟

第35卷第2期化学反应工程与工艺V ol 35, No 2 2019年4月Chemical Reaction Engineering and Technology Apr 2019 文章编号：1001—7631 ( 2019 ) 02—0129—09 DOI: 10.11730/j.issn.1001-7631.2019.02.0129.09基于CFD方法的小孔自由射流数值模拟王权，李小江，陈勇，陈英浙江海洋大学石化与能源工程学院，浙江舟山316022摘要：针对流体的小孔喷射问题，采用了计算流体力学（CFD）方法对流体在流过小孔时的自由射流场进行了数值模拟研究。

模拟结果表明：在射流场中，主流区中心流体速度高且保持稳定，主流区边壁流体由于与气体摩擦而导致速度急剧下降；在气雾区，流体速度降低而形成气液分散状态；小孔内发生流体加速现象，且随着孔径和流体初速度的增加，小孔内流体的加速度相应增大；流体加速度的变化量随流体初速度的增加逐渐变大，随孔径增加而逐渐减小并趋近于零。

本研究得到了低速下小孔喷射状态的模拟模型，以及在不同孔径及初速度下喷射流的演化过程。

关键词：小孔射流特性数值模拟中图分类号：O358 文献标识码：A目前，在化工、冶金、能源、机械、水利水电工程、航空航天工程、给水排水工程以及环境工程等诸多领域，都存在大量的射流问题[1]。

20世纪20年代以来，前人利用理论、实验等手段，对射流现象进行了广泛且深入的研究，积累了大量的研究成果。

在层流射流理论方面，Schlichting[2]和Bickley[3]分别推导出平面层流射流的速度分布和流量分布，并经过Bickley等[3]的实验所证实。

董志勇[4]对圆形层流射流做了理论分析，推导出圆形层射流的速度分布和体积流量。

Hongo对层流射流作了详细地论述[5]。

对于湍流射流，有时间平均法和直接法[6]两种理论研究方法，前人应用雷诺平均法建立了湍流运动的基本方程，但由于雷诺应力的出现导致描述湍流运动的基本方程组不封闭，无法应用雷诺方程求解湍流问题。

基于FLUENT的渗流场数值模拟分析李国栋;哈岸英;钟小彦;陈刚【摘要】Traditionally, the simulation of seepage flow is to seek for the solution of Laplace equation to the permeation head. In order to make use of the powerful calculating and pre-processing and post-processing functions of CFD software, by adding the penetration resistance terms, served as a source terms of moment, to the general fluid dynamic equations, we achieved seepage field simulation based on FLUENT software. The wetted surface of seepage is simulated with VOF ( Volume of fluid) method. Two examples of underground channel and square - shape dam shows that calculated seepage current, free surface and overflow location agreed very well with analysis and experimental results. The method provides a new vista for the seepage flow research.%传统上渗流问题的模拟都是求解渗透水头的拉普拉斯方程,为了利用CFD软件强大的计算及前后处理功能,通过在一般流体力学控制方程基础上增加渗透阻力的办法,以源项的形式导入FLUENT软件的求解器中实现了对渗流的数值模拟,并采用求解自由面的VOF 法进行浸润面的计算.地下河槽及矩形土坝两个算例表明,无论对于渗流量、浸润面还是溢出点,计算结果与解析分析及实验数据高度吻合,表明本研究方法精确可靠,为研究渗流问题提供了新的途径.【期刊名称】《西安理工大学学报》【年(卷),期】2011(027)003【总页数】4页(P317-320)【关键词】渗流;FLUENT;浸润面;VOF法【作者】李国栋;哈岸英;钟小彦;陈刚【作者单位】西安理工大学水利水电学院,陕西西安 710048;西安理工大学水利水电学院,陕西西安 710048;宁夏水利水电勘测设计研究院有限公司,宁夏银川750004;西安理工大学水利水电学院,陕西西安 710048;西安理工大学水利水电学院,陕西西安 710048;安康学院,陕西安康 725000【正文语种】中文【中图分类】TU43渗流控制是保证水利工程安全稳定的关键，而渗流分析是实现渗流控制的基础［1］。

fluent流体仿真实例Fluent是一种流体仿真软件，它广泛用于研究和优化各种流体系统。

本文将介绍Fluent的基本工作原理，并以一个实例为例说明如何使用Fluent进行流体仿真。

首先，Fluent采用有限体积法来解决流体问题。

这种方法将流体域划分为许多小的控制体积，并在每个体积中计算流体的平均速度、压力和温度。

然后，通过在体积之间应用质量和动量守恒方程以及其他物理方程来求解流体行为。

最后，Fluent通过计算流场中的速度、压力和温度分布来描绘流体的行为。

为了演示Fluent的用途，我们将以水的流动为例说明如何使用它进行流体仿真。

我们考虑一个具有弯曲管道的水流系统。

假设管道入口处是一个稳定的水流，出口处是一个自由表面，即水流向大气中自由流动。

我们想研究如何通过改变管道形状和入口速度来优化整个系统。

首先，我们需要使用CAD软件绘制出整个系统的几何形状，并将其导入到Fluent中。

然后，我们需要定义出入口处的水流速度和出口处自由表面的边界条件。

这些边界条件将告诉Fluent在哪里应该施加水流速度和处理自由表面的行为。

接下来，我们需要在Fluent中定义数值方法和物理模型。

对于数值方法，我们可以选择不同的离散化方法和求解器，以达到速度和精度的平衡。

对于物理模型，我们需要考虑水的流动特性，包括湍流、速度分布、压力分布等。

这将有助于我们更准确地预测水流的行为，并优化我们的设计。

最后，我们可以开始运行Fluent并分析结果。

Fluent将生成一个包括速度、压力和温度分布的二维或三维图像。

我们可以通过这些图像来研究水流的行为，并探索如何通过改变管道形状和入口速度来优化整个系统。

例如，我们可以通过改变管道半径和斜率来优化水流速度和压力分布。

总之，Fluent是一种广泛使用的流体仿真软件，它可以帮助我们更好地理解和优化各种流体系统。

通过使用Fluent，我们可以确定管道的最佳形状和入口速度，以确保流体系统的最佳性能。

基于Fluent的油气两相射流仿真分析牛鹏;孙启国;吕洪波【摘要】Based on the theories of two-phase flow, cylindrical nozzle models of three different outlets are established. Simulation a-nalysis of annular two-phase jet flow of the nozzle Is calculated by Fluent and two-phase velocity graphs of the nozzle are got from simulation results. Considering the oil-gas lubrication's requirements of rolling bearing, the results show that outlet diameter's optimal value is about 2mm in this model, because the continuous oil jet droplets and the moderate velocity can fulfil the better lubricate condition in this case. This conclusion provides the basis for choosing and optimizing the nozzle in oil-gas lubrication system.%基于两相流基本理论,建立了三种不同出口直径的圆柱形喷嘴模型,通过Fluent流体分析软件对喷嘴环状两相射流进行了仿真计算.分析仿真结果得出了喷嘴油气两相速度分布,并结合油气润滑条件下滚动轴承对油气两项速度的要求,比较仿真结果得出文中模型条件下,喷嘴出口直径在2mm附近时,射流油滴连续,速度适中,能够较好的满足润滑条件,为油气润滑系统中喷嘴的选择和优化提供了依据.【期刊名称】《机械制造与自动化》【年(卷),期】2013(042)002【总页数】3页(P91-93)【关键词】喷嘴;油气两相射流;出口速度【作者】牛鹏;孙启国;吕洪波【作者单位】北方工业大学机电工程学院,北京100144【正文语种】中文【中图分类】TP391.9油气润滑是一种新型的润滑技术，它具有单相流体润滑无可比拟的优越性，现今已经广泛应用于高温、重载、高速、极低速以及有冷却水和脏物侵入润滑点的恶劣工况条件的场合［1］。

基于FLUENT的淹没环境高压水射流数值模拟刘霄亮;高辉;焦向东;田路【摘要】海底管道配重混凝土的去除工作是大多数水下管道维抢修的前提,高压水射流应用于海底管道配重混凝土的去除工作相比于机械方法优势明显.将高压水射流应用于海底需要探究淹没环境对射流效果的影响,通过FLUENT数值分析,分别研究了喷嘴直径、环境压力、射流压力对淹没射流动压的影响,得到了一些对工程有重要指导意义的结论,结论指出:淹没环境对高压水射流的效果削弱很大;环境压力对射流影响相对较小;喷嘴直径和射流压力对射流效果影响明显.最后通过淹没环境高压水射流破碎混凝土实验应用和验证了仿真所得结论.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2016(000)011【总页数】4页(P117-120)【关键词】高压水射流;淹没环境;FLUENT数值模拟;混凝土清除【作者】刘霄亮;高辉;焦向东;田路【作者单位】北京化工大学机电工程学院,北京100029;北京石油化工学院机械工程学院,北京102617;北京石油化工学院机械工程学院,北京102617;北京化工大学机电工程学院,北京100029【正文语种】中文【中图分类】TH16;TH137海底管道配重混凝土的去除是大多数水下管道维抢修的前提，高压水射流应用于海底管道配重混凝土的去除工作较机械去除的方法有很大的优势，工程应用广泛，但是目前国内还没有掌握这项技术。

高压水射流技术具有传递能量集中、无磨损、减尘和适应性强等优点[1-2]，广泛应用于清洗，切割、矿山开采、石油钻探以及建筑混凝土的破碎、清洗、打毛等项目[3-4]。

将高压水射流应用于海底混凝土的破碎有很大的优势，由于水下环境复杂，要求连续作业时间长，如果用机械去除的方法对刀具要求极高，容易磨损，维护成本很高，而且机械刀具也容易对海底管道造成额外损伤。

在海底应用高压水射流要注意淹没环境和海底高压环境对射流速度和动压较大的衰减作用，所以对淹没环境的高压水射流的相关研究很有必要。

应用FLUENT进行射流流场的数值模拟谢峻石何枫清华大学工程力学系一．引言射流是流体运动的一种重要类型，射流的研究涉及到许多领域，如热力学、航空航天学、气象学、环境学、燃烧学、航空声学等。

在机械制造与加工的过程中，就经常利用压缩空气喷枪喷射出高速射流进行除尘、除水、冷却、雾化、剥离、引射等。

在工业生产中，改善气枪喷嘴的设计，提高气枪的工作效率对于节约能源具有重大的意义。

FLUENT是目前国际上比较流行的商用CFD软件包，它具有丰富的物理模型、先进的数值方法以及强大的前后处理功能，在航空航天、汽车设计、石油天然气、涡轮机设计等方面都有着广泛的应用。

本文的工作就是将FLUENT应用于喷嘴射流流场的数值模拟，使我们更加深刻地理解问题产生的机理、为实验研究提供指导，节省实验所需的人力、物力和时间，并对实验结果的整理和规律的得出起到很好的指导作用.。

二．控制方程与湍流模式非定常可压缩的射流满足如下的N-S方程：（1）上式中，量，H是源项。

是控制体，是控制体边界面，W是求解变量，F是无粘通量，G 是粘性通采用二阶精度的有限体积法对控制方程进行空间离散，时间离散采用Gauss-Seidel隐式迭代。

FLUENT软件包中提供了S-A(Spalart-Allmaras)，K-Realizable K-选择RNG K-（包括标准K-、RNG K-和），Reynolds Stress等多种湍流模式，本文在大量数值实验的基础上，亚音速射流湍流模式，超音速射流选择S-A湍流模式。

三．算例分析（一）二维轴对称亚声速自由射流计算了一个出口直径为3mm的轴对称收缩喷嘴的亚声速射流流场，压比为1.45。

外流场的计算域为20D×5D（见图1）。

图1 计算域及网格示意图图2显示的是速度分布，图3、图4分别显示了轴线上的速度分布以及截面上的速度分布计算值与实验值的比较。

从图中可以看出，亚声速自由射流轴线上的速度核心区的长度约为5～6D，计算值与实验值吻合的比较一致，证明RNG k-模拟。

作者简介:周章根(1984—　),男,西南科技大学硕士研究生,研究方向为高压水射流。

基于Fluent 的高压喷嘴射流的数值模拟周章根,马德毅(西南科技大学制造科学与工程学院,四川绵阳621010)摘　要:研究收缩型喷嘴在初始压力为100M Pa,出口直径为1mm 的情况下喷嘴流场的速度、压力、湍动能等物理量的分布规律。

选择不可压Reynolds 方程作为动量方程,利用Fluent 的SI M P LEC 算法进行求解,对收缩型喷嘴射流进行数值模拟。

结果表明:流体速度在喷嘴收缩段迅速增加,在离开喷嘴后出现等速流核区;流体动压在喷嘴收缩段增长快速,在等速流核区保持不变;仿真结果与理论推导相符合。

关键词:Fluent;喷嘴射流;Reynolds 方程;数值模拟中图分类号:TH12;TP6 文献标志码:A 文章编号:167125276(2010)0120061202Num er i ca l S i m ul a ti on of H i gh 2pressure Jet Nozzle Ba sed on Fluen tZHOU Zhang 2gen,MA De 2yi(Co ll ege ofManufacturi ng and Engi nee ri ng,Southwe st Uni ve rsity of Sci ence and Techno l o gy,M i anyang 621010,Chi na )Abstract:This p ap e r num e ri ca ll y s tud i e s the d is tri bu ti o n re gul a riti e s o f the p hys i ca l qua n tity o f ve l o c ity,p re ssu re ,rap i d ki ne ti c e ne rgya nd so on,i n the fl o w 2fi e l d o f the co n tra c ti ve no zz l e ,w hen the i niti a l p re s sure is p =100M P a and the o utl e t ou ts i de d i am e te r is 1mm.The i ncom p re s sib l e R e yno l ds e qua ti o n is t o se l ec ted a s the m om e ntum equa ti o n a nd the a l go rithm of S I M PLEC of F l uen t is u sed t o s i m ul a te the i n j e c ti o n s tream.The re sults show tha t the j e t ve l o c ity i nc re a se s qui ckl y i n the co n tra c ti ve se c ti o n o f no zz l e and a co re se c ti o n o f e qua l ve l o c ity is f o r m e d afte r the j e t depa rts fr om the no zz l e and the dynam i c p re s sure of j e t goe s up rap i dl y i n the con trac 2ti ve sec ti o n of nozz l e ,w h il e is s ta bl e i n the co re sec ti o n.The s i m ul a ti o n confo r m s t o theo re ti ca l a na l ys is.Key words:fl ue nt;i n j e c ti o n s tream ;re yno l d s 2a ve ra ge d na vi e r 2s t o ke s e qua ti o n;num e ri ca s i m ul a ti o n0　引言F LUE NT 是用于模拟和分析在复杂几何区域内的流体流动与热交换问题的专用CF D 软件,它提供了κ-ε紊流模型等多种紊流模型,可根据具体的情况进行选择。