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双入口水力旋流器单相流场的数值模拟-邹鑫

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化工过程机械（研）10 邹鑫 10116116 双入口水力旋流器单相流场的数值模拟

邹 鑫 （常州大学 机械工程学院 江苏 常州 213016） 摘要：对DN75型水力旋流器进行了网格划分，确立边界条件，基于雷诺应力模型( RSM)，采用CFD 软件FLUENT对水力旋流器的切向和轴向速度场、压力场进行了数值模拟研究，并与理论、实验结果进行了对比分析。 关键字：水力旋流器；单相流场；数值模拟；FLUENT 1 前言 水力旋流器是一种用途非常广泛的分离、 分级、分选的设备，由于其结构简单、操作方便、运行和维护费用低等特点被广泛用于工业生产过程中。自20 世纪60年代以来，许多学者应用N- S 方程以及流体连续性方程在旋流器的流场、颗粒运动行为、分离机理等方面做了大量的工作，建立了许多描述湍流的模型。其中较为成熟的模型有：零方程模型、单

方程模型、双方程模型、代数应力模型和雷诺应力模型等1，但是受到计算机性能的限制，实现起来比较困难，仅限于单一流体的运动情况。20世纪80 年代以来，随着现代测试技术和计算与模拟技术的飞速发展，数值模拟的准确度和可靠性不断提高，模拟值与实际值更为接近。 本文采用雷诺应力（RSM）模型2，对双入口水力旋流器的单相流场进行模拟，同时分析其切向速度和轴向速度以及压力场的分布，对溢流管外壁与柱段壁面之间的旋涡数进行预测，从而为更好的分析多相流场，抑制短路流提供参考意见。 2 水力旋流器的计算模型与数值解法 2.1 水力旋流器的计算模型 本文所选用的水力旋流器计算模型如图1所示，其主要尺寸为D=Ds=68mm，Di=8.5mm，Do=16mm，Du = 12.5 mm，Ls= 81mm，L= 357 mm，Lu= 4mm，Lo=27mm，θ= 11.65°。采用FLUENT中的六面体/楔形网格方法划分网格，共产生194828个六面体单元，207515个节点，如图2所示。 化工过程机械（研）10 邹鑫 10116116 图1 水力旋流器的计算模型

图2 水力旋流器网格示意图 2.2 边界条件的设定 化工过程机械（研）10 邹鑫 10116116 边界条件是控制方程有确定解的前提,控制方程与边界条件的组合构成对一个物理流动过程完整的数学描述。FLUENT提供了多种边界条件,本算例具体设置如下。 （1）进口边界：实验中的进口流量为hmQ/6.33，进口条件可以用进口切向速度表示为： smAQuui/8.8236001025.46.3362

根据以上条件可以计算出旋流器的进口Reynolds 准数 Re

400074665001.02.9988.8105.8Re3du

式中d、u分别为进口管的水力直径和速度 由此可以看出水力旋流器内为强湍流流动，湍流参数为水力直径mmDH5.8，湍流强度%94.37466516.0)(Re16.08/18/1HDI。 （2）出口边界：假设溢流口和底流口的流动均是充分发展的情况，以压力出口形式给出边界条件，溢流口和底流口均设定为与大气相连通,即相对压力为零，即0PoPu。 （3）固壁边界：固壁边界按无滑移边界条件处理。 2.3 数值求解 基于有限差分法，将控制方程转换为可以用数值方法求解的代数方程，采用QUICK格式的离散方法，压力—速度耦合采用 SI MPLEC 算法, 压力插值格式为PRESTO!格式。 3 数值模拟结果及分析 流体的流动是一个复杂的现象，至今还不能用数学来确切地描述。实践中，往往在很多假设的基础上解N-S方程，得到近似解，再用试验实测数据修正得到一个半经验的数学描述。 旋流器内的流动是一个三维不对称螺旋湍流流动，比一般的流动更为复杂，按照流动形态和流动区域的不同也可以把旋流分离器内液体的流动分为外旋流、内旋流、短路流和循环流。由于认识旋流分离器内液体流动是了解旋流分离器分离机理的最基本知识点之一，所以人们在这方面进行了大量的理论分析和实测研究。迄今对旋流分离器内液相流动的三维速度

分布已经取得了具有共识性的一致结论，这些结论日前已被广泛接受3。但不同尺寸结构的旋流器里面的流场也会有所不同，以前主要是通过大量的实验来对某种用途的旋流器进行优化，要花费大量的人力、物力以及时间。采用数值模拟的方法更改一定的结构参数、操作参 化工过程机械（研）10 邹鑫 10116116 数和物性参数就可以得到旋流器内部流场，再根据不同类型旋流器的不同工作机理就可以对其进行设计、优化。 3.1 水力旋流器内切向速度的数值模拟 在水力旋流器内的三维液流运动中，切向速度具有最重要的地位。这不仅是因为切向速度在数值上要大于其余两向速度，更重要的是切向速度产生的离心力是旋流器固液分离的基本前提。 一般认为，水力旋流器内液流的切向速度分布符合准自由涡规律，但不同的研究者曾提出不同的数学表达式。在所有描述水力旋流器准自由涡区液流切向速度的公式中，以

Bradley 和 Pulling 根据 Kelsall 的实验数据所提出的表达式最为简单，也最为常用4 rvn

式中 C —常数，与旋流器操作条件及结构参数有关 n —指数，其数值一般在 0.4~0.9之间 数值模拟结果如图 3-1所示，为距水力旋流器底部200mm截面处（位于锥段）切向速度分布图。图中曲线表示在旋流器的锥段位置上，切向速度与径向位置r的相互关系。由图3-1可以得到，切向速度分布大致符合准自由涡规律，模拟结果与前人的理论成果以及实验结果4图3-2吻合良好；在接近柱体的切向流动中，切向速度呈双峰状分布，而且随流动在旋流管中向下游的不断推进，逐渐减弱。

图3-1 水力旋流器内切向速度的分布示意图 化工过程机械（研）10 邹鑫 10116116 图3-2 切向速度沿径向分布的实验结果 3.2 水力旋流器内轴向速度的数值模拟 轴向速度的分布反映了流体向两个轴向出口的流动情况，影响流体在旋流器内停滞的时间，停滞时间越长，越有利于分离。其中溢流管外壁与柱段壁面之间轴向速度分布决定了该区域的旋涡数。

图4-1 水力旋流器内轴向速度的分布示意图

图4-2 轴向速度沿径向分布的实验结果 化工过程机械（研）10 邹鑫 10116116 从距水力旋流器底部340mm截面处（位于溢流管外壁与柱段壁面之间）的轴向速度分布图图4可以看到，轴向速度几乎呈轴对称分布，由旋流器壁向内，随着半径的减小，轴向速度逐渐增大，此时方向为负，朝向底流口，并在某处升高到最大值1.7m/s左右，之后又随半径的减小而减小，减小到0 后，继续反向增大直至0.5m/s，方向指向溢流口，之后又随着半径的减少而增大，直至0.5m/s，方向指向底流口，之后又随着半径的减少而减少，减小到0后，继续反向增至最大，方向指向溢流口，大小为3.5m/s左右。从图中可以在溢流管外壁与柱段壁面之间共形成三个漩涡，靠近溢流管外壁的漩涡方向指向溢流口，可以抑制短路流。通过数值模拟得到的轴向速度的分布趋势与Kelsall5图4-2得到的分布趋势在容器壁附近稍有不同。 3.3 水力旋流器内压力场分布的数值模拟 图5所示为用RSM 模型对流场进行数值模拟得到的旋流器内x = 0 剖面的压力等值线分布图。 从图5中可以看到，旋流形成的压力在入口处达到最大，溢流管附近压力很小。

图5 剖面压力等值线分布图( x = 0) 图6 压力沿径向分布图 化工过程机械（研）10 邹鑫 10116116 图 6 所示为距旋流器底部200mm截面处（位于锥段）x 方向的压力分布，从图 6 可以看到，随着半径的减小，压力逐渐降低，在轴心处压力降到0Pa左右，为压力最低点，通过模拟得到的压力变化规律与旋流器内部周向压力场分布相一致6。 另外，从图5还可以看到，旋流器中心附近压力梯度较大，靠近壁面附近压力梯度较小。 4 结论 本文对双入口水力旋流器进行了初步的数值模拟研究，研究使用了 Fluent 软件，选用 RSM模型，着重分析了旋流器内的切向速度场和静压力场的分布，得到几点结论： (1) 水力旋流器内切向速度的模拟结果与以前的理论成果和实验结果吻合良好，总体的变化趋势是从外向内逐渐升高，在空气柱附近达到最大值，然后以很大的幅度降低，同理论分析中的强制涡和自由涡相对应； (2)水力旋流器内轴向速度的模拟结果与以前的实验结果基本吻合，在溢流管外壁与柱段壁面之间共形成三个漩涡，靠近溢流管外壁的漩涡方向指向溢流口，可以抑制短路流； （3）运用 RSM 模型对旋流器中的压力场分布进行模拟，与理论压力场分布相一致； (4) 文章仅对介质为水的水力旋流器流场进行了初步研究，但通过上述工作可以证明，利用计算流体力学方法，选取雷诺应力湍流模型进行旋流器流场的数值模拟可以得到较为理想的计算结果。 参考文献 [1] 李玉星，冯叔初，张劲松. 液液水力旋流器流场数值模拟技术研究[J]. 化工装备技术, 2000, 21 ( 1) :9～13. [2] 李坤，李正兴，袁惠新. 单入口水力旋流器内速度分布特性的数值模拟[J]. 矿山机械，2006，4. [3] 褚良银，陈文梅. 旋转流分离理论[M]. 北京：冶金工业出版社，2002. [4] 徐继润，罗 茜. 水力旋流器流场理论[M]. 北京：科学出版社，1998. [5] Kelsall D F. A Study of the Motion of Solid Particle in a Hydraulic Cyclone [J].Trans. , Instn. Chem. Eng. , 1952, 30( 1) : 87~108. [6] Monredon R C，Hsien K T，Rajamani R K. Fluid Flow Model of the Hydrocy –clone：an Investigation of Device Dimensions[J] . Int. J. of Mineral Processing, 1992, 35 ( 1) : 65~83.

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实验中测量了不同工况下的雾化粒径和喷嘴的雾化角，同时验证了各段的压降分配方案。

通过VOF（ volume of fluid）方法对喷嘴气液两相流的流动过程进行了数值模拟，描述了喷嘴中两相流的填充过程，得到了喷嘴的压力、速度分布和雾化角，并与实验结果进行了比较，二者吻合较好。

对上述结果分析后表明，该型旋流式喷嘴雾化粒径在53～60μm，雾化角随气液比或流量的增大而有所增加，采用内外嵌套式旋流器可使射流厚度较为均匀。

%Experiments on and numerical simulation of a swirl fluid catalytic cracking ( FCC ) feed nozzle were presented. In the experiments, the spray angle and sauter mean droplet ( SMD) were measured at different flow rates. Then pressure drop on each section of nozzle was verified. Volume of Fluid ( VOF) method was used to simu⁃late the gas⁃liquid flow process in a swirl FCC feed nozzle. The simulation exhibited the process of two⁃phase flow filling feed nozzle. The nozzle pressure, velocity distribution and spray angle were calculated;the calculated results agreed well with validated by experimental data. The results show that: the SMD size of feed nozzle is 53⁃60μm;the spray angle increases with increasing gas/liquid mass ratio or flow rate;the spray pattern is fairly evenly distrib⁃uted within combined cyclone.【期刊名称】《西北工业大学学报》【年(卷),期】2015(000)003【总页数】7页(P388-394)【关键词】催化裂化;喷嘴;流场;两相流;雾化粒径;VOF方法【作者】黄启龙;李进贤;郑亚;朱国强;赵思珍【作者单位】西北工业大学航天学院，陕西西安 710072;西北工业大学航天学院，陕西西安 710072;西北工业大学航天学院，陕西西安 710072;西北工业大学航天学院，陕西西安 710072;中国石化工程建设公司，北京 100101【正文语种】中文【中图分类】Q051旋流式进料喷嘴实验与流场结构数值模拟黄启龙1，李进贤1，郑亚1，朱国强1，赵思珍2(1．西北工业大学航天学院，陕西西安710072; 2．中国石化工程建设公司，北京100101)摘要:针对旋流式催化裂化进料喷嘴进行了实验研究和数值模拟。

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文丘里管流动特性的数值模拟_邹星

文丘里管流动特性的数值模拟_邹星３卷第４期第３０１２年７月２华侨大学学报（自然科学版））ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｕａｉａｏＵｎｉｖｅｒｓｉｔＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅｑｙ（Ｖｏｌ．３３Ｎｏ．４Ｊｕｌ．２０１２（）００００１３２０１２０４４５１５５００１文章编号：－－－文丘里管流动特性的数值模拟２２２，李海涛１，，宗智１，邹星１，（１．大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室，辽宁大连１１６０２４；）２．大连理工大学运载工程与力学学部，辽宁大连１１６０２４）摘要：内的流动情况，给出实际流量与测压ｌｕｅｎｔ软件模拟文丘里管在较大雷诺数范围（２００～７００００利用Ｆ管水头差的关系曲线，并与实验结果进行比较．研究结果表明：当雷诺数在２０００～２００００之间时，ｌｕｅｎｔ的Ｆ）模拟结果与实验结果符合很好．对于实验未给出的雷诺数范围（内实际流量和２００～２０００和２００００～７００００测压管水头差的关系，分别进行计算整理和回归分析，给出其函数关系式．分析喉管相对真空压强与入口速度的关系，得出文丘里管在大小尺寸不变情况下二者之间的关系曲线，并给出文丘里管内部流场分布情况．关键词：Ｆｌｕｅｎｔ软件；流量；雷诺数；水头差文丘里管；中图分类号：１３４ＴＶ文献标志码：Ａ０１１２２１１２收稿日期：－－，男，讲师，主要从事流固耦合问题数值模拟的研究．Ｅ－ｍｌｅｃ１９７６－）ａｉｌ：ｉｈｔｌｕｔ．ｄｕ．ｎ．通信＠ｄ李海涛（）；国家自然科学创新研究群体科学资助项目２０１０Ｂ３２７００Ｃ８项目：国家重点基础研究发展计划项目（（）；辽宁省博士科研启动资助项目（）５０９２１００１２００９１０１２４５２华侨大学学报（自然科学版）０１２年２口压强Ｐ１９９５．８３Ｐａ．ｉｎ＝设入口处压强为Ｐ入口流速为ｖ喉部压强为Ｐ喉部流速为Ｐ出口处压强为Ｐ收缩段局部ｉｎ，ｉｎ，ｔ，ｔ，ｏｕｔ，损失系数为Ｋ渐扩段局部损失系数为Ｋ水头损失用包达定理的形式表示．由于管路很短，沿程损失１，２，所以忽略不计．相对于局部损失很小，）由入口到出口的伯努利方程，有１２２２２（ＰｖＰｏｖｖｖｉｎｕｔｔｏｕｔｖｔ）ｉｎｏｕｔ．＋＝＋＋Ｋ１＋Ｋ２２２２ｇ２ｇｇｇｇｇρρ）由入口到喉部的伯努利方程，有２２２２ｉｎｔｔｔｉｎ＋＝＋＋Ｋ１２ｇ２ｇρｇ２ｇｇρ）由喉部到出口的伯努利方程，有３２２２（ｏｔｔｕｔｏｕｔｔ）ｏｕｔ＋＝＋＋Ｋ２２２ｇ２ｇｇｇｇρρ然后由连续性方程（）３（）４（）５２２２ｖｖｖｉｎ＝ｔ＝ｏｕｔ＝Ｑ，４４４可得到（）６２２２ｖｖ．ｔ＝）ｉｎ＝λｖｉｎ＝λｖｏｕｔｄ）），将式（代入式（可得到７５２２ＰｖＰｏｖｔｔｕｔｏｕｔ２２［（），＋＝＋１＋λ－１Ｋ２２２ｇｇｇｇρρ（）７（）８），再代入式（可得到４２２ｏｉｎｕｔｉｎｏｕｔ４２２［（），＋＝＋１＋λＫ１＋λ－１Ｋ２２２ｇｇｇｇρρ（）９，则有ｖｖ设ｖｉｎ＝ｏｕｔ＝２Ｐ２ｉｎＰｏｕｔ４２２）Ｋ１＋（Ｋ２＝ξ，＝＝［λλ－１２２ｇｇｇｇρρ（）１０）由式（可得到８２２ｏｏｉｎｕｔｕｔ２２４［（），＝＋１＋λ－１Ｋ２－λ＝＋ξ１２２ｇｇｇｇｇρρρ可知：对于渐缩管道常取Ｋ对于１０］０．０４；由文献［１＝［０］扩张角θ由Ｇ如图＝１８．９２°的渐扩段，ｉｂｓｏｎ的实验曲线１（）１１可得出Ｋ≈０．管道直径与喉部直径之比λ＝２，２所示，３５．），（），代入式（可得到１０１１４２２）Ｋ１＋（Ｋ２＝３．７９，λλ－１ξ＝２２４）１＋（Ｋ２－λ１．８５，λ－１＝－１１＝ξ２，Ｐｖ＝１８９５Ｐａｉｎ＝２ρＰｖ２＝－５９２５Ｐａ．ｔ＝１ρ２可知喉部压强误ｌｕｅｎｔ计算结果与模拟结果相比，将Ｆ差为４．入口压强误差为５．这都在可接受的范１８％，３２％．围内，说明数值模拟是准确的，结果也是可信的．图２渐扩管道局部损失曲线Ｆｉ２Ｌｏｃａｌｌｏｓｓｃｕｒｖｅｏｄｉｕｓｅｒｇ．ｆｆｆ文丘里管各截面压强中，喉部的压强最低，在一定条件下会发生空化现象．水在常温（下的２９３Ｋ）［１］，相对压强为－９即当Ｆ应饱和蒸汽压是２３３７Ｐａ１８９８８Ｐａ，ｌｕｅｎｔ计算得到的喉部压强低于该值时，－１－１考虑是否与发生了空化现象．利用上述标准ｋ对入口流速从０．到３．选取了不１ｍ·ｓ５ｍ·ｓ? ε模型，第４期邹星，等：文丘里管流动特性的数值模拟４５３－１同速度进行模拟，而对流速低于０．的，采用层流模型进行模拟，对Ｂ１ｍ·ｓｅｒｎｏｕｌｌｉ方程的动能部分计算结果如表１所示．仍考虑用动能修正系数，ＫＫ１，２值不变，表１不同速度下的数值模拟结果Ｔａｂ．１Ｒｅｓｕｌｔｓｏｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｉｎｄｉｅｒｅｎｔｖｅｌｏｃｉｔｉｅｓｆｆｆ－１／Ｖｍ·ｓ３．５７００００２２１４２．３０－７８０７１．１０１０９２．５１０１０２２．４８０２．０４００００７６８９．７３－２５１６８．７０６２４．２８９３３５．２５６０．５１００００５８０．５６－１５０５．５７１５６．０７２２１．２８５０．０６１２００２３．６６－１１．４８１８．７２９０．３５８３．０６００００１６５３４．６０－５７１６９．２０９３６．４３３７５２．００３１．８３６０００６３０６．４４－２０３３２．３０５６１．８６０２７１．７９７０．３６０００２３４．４４－５２５．１５９３．６４３７．７５００．０５１０００１７．８２－７．３７１５．６０７０．２５７２．８５６０００１４５１１．４０－４９７２４．４０８７４．００５６５５．４０１１．４２８０００３９３３．６２－１２２１７．６０４３７．００２１６４．７９２０．２４０００１２４．５５－２１９．１６６２．４２９３．５０７０．０４８００１２．７１－４．１３１２．４７６０．１７２２．６５２０００１２６１４．６０－４２８０２．５０８１１．５７６５６５．４２３１．２２４０００２９４６．９２－８９３７．０９３７４．５７３１２１．２５３０．１２０００４４．０３－４６．７０３１．２１４０．９２６０．０３６００７．９９－２．０７９．３６４０．１０３２．４４８０００１０８４４．８０－３６４０３．００７４９．１４８４８２．０７１１．０２００００１９９５．８３－６１７２．６４３１２．１４４８４．３６４０．０８１６００３６．８５－２２．９５２４．９７２０．６１００．０２４００４．１５－０．７７６．２４３０．０５０２．２４４０００９２０２．７９－３０５２５．４０６８６．７１８４０５．３４８０．７１４０００１０７８．９４－２９８９．５５２１８．５０１４１．５１１０．０７１４００３０．１２－１６．５５２１．８５００．４７６０．０１２００１．４２－０．０６３．１２１０．０１５Ｒｅ／ＰＰａｉｎ／ＰａＰｔ／ＱｍＬ·ｓｈ／ｃｍΔ／Ｖｍ·ｓ－１－１Ｒｅ／ＰａＰｉｎ／ＰＰａｔ－１／ＱｍＬ·ｓｈ／ｃｍΔ－１／Ｖｍ·ｓＲｅ／ＰＰａｉｎ／ＰＰａｔ－１／ＱｍＬ·ｓｈ／ｃｍΔ／Ｖｍ·ｓ－１Ｒｅ／ＰＰａｉｎ／ＰＰａｔ－１／ＱｍＬ·ｓｈ／ｃｍΔ［１２］所给出的测压管水头差Δｈ与实测利用李琼等０．５１５５），流量Ｑ两者间的经验公式（计算出Ｑ＝３４．００５ｈΔ各工况下的误差，并绘制出其与雷诺数的关系曲线，如图３所示．从图３可看出：在雷诺数为２０００～２００００范误差最大不超过７这再次证明了计算方法的准围内，％，确性；但当雷诺数大于２误差就００００或小于２０００时，变得很大，说明经验公式在此范围内不适用，需重新给将以上由数值模拟得到的数据整理并进行出经验公式．拟合，结果如图４所示．大雷诺数下，可得４种拟合的实际流量Ｑ和压差）一阶多项式拟合，Ｑ＝０．ｈ公式：１７９２５ｈ＋３３６．３，ΔΔ－４Ｒ＝０．９７６５；２）二阶多项式拟合，Ｑ＝－４．１２２×１０ｈ＋１．２４５ｈ＋２４３．１，Ｒ＝０．９９８５；３）三阶多项式拟ΔΔ２图３误差与雷诺数的关系曲线Ｆｉ３Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｃｕｒｖｅｏｇ．ｐｆｅｒｒｏｒａｎｄＲｅｎｏｌｄｓｎｕｍｂｅｒｙ－７３－３２合，Ｑ＝４．６１０×１０ｈ－１．１９７×１０ｈ＋１．６１７ｈ＋１９８．４，Ｒ＝０．９９９９；４）乘幂拟合，Ｑ＝３６．６７×ΔΔΔ０．５０２１，ｈＲ＝１．０００．Δ（，比较上述各拟合公式并结合图４可知当雷诺数在２入口和喉部的压差Δａ）００００～７００００内，ｈ和），实际流量Ｑ按乘幂关系拟合得到的相关系数Ｒ最大（即最接近１拟合相关程度最好．小雷诺数下，可得４种拟合的压差Δｈ和实际流量Ｑ的公式：１）一阶多项式拟合，Ｑ＝３５．３８ｈ＋Δ２）二阶多项式拟合，三阶多项５．０１８，Ｒ＝０．９６４３；２Ｑ＝－３７．９２ｈ＋５８．３４ｈ＋３．１２２，Ｒ＝０．９９５１；３）ΔΔ３２０．５５２８）乘幂拟合，，式拟合，Ｑ＝８７．５５ｈ－１１９．５ｈ＋７７．５６ｈ＋２．３１６，Ｒ＝０．９９９０；４Ｑ＝３２．９２ｈΔΔΔΔ４５４华侨大学学报（自然科学版）０１２年２）小雷诺数ａ）大雷诺数（ｂ（图４流量Ｑ和压差Δｈ的拟合曲线Ｆｉ４ＦｉｔｔｉｎｃｕｒｖｅｂｅｔｗｅｅｎｌｏｗｒａｔｅＱａｎｄｒｅｓｓｕｒｅｄｉｅｒｅｎｃｅΔｈｇ．ｇｆｐｆｆＲ＝０．９９９９．（，比较上述各拟合公式并结合图４可知当雷诺数在２ｂ）００～２０００内入口和喉部的压差Δｈ和实际），即最接近１拟合相关程度最好．流量Ｑ按乘幂关系拟合得到的相关系数Ｒ最大（－１文中计算模型是一个三维对称体，图５给出了ｖ时文丘里管内的静压分布，其右端为入＝１ｍ·ｓ口，左端为出口．从图５可以看出：入口压强较大，在锥面处开始下降，并在整个喉部圆柱段处于较低范围内；低压分布在一个较大圆柱段内，而并不是出现在某一局部，这对于文丘里管流量计的使用寿命是有益的．图６给出了同一工况下的速度分布．从图６中可以看出：入口段和出口段速度较小，锥部及喉管圆柱段速度较大，同压强的分布正好相反，这与由伯努利方程得出的结果一致．图５文丘里管静压分布图图６文丘里管速度分布图Ｆｉ５ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｓｔａｔｉｃｒｅｓｓｕｒｅｉｎｖｅｎｔｕｒｉｔｕｂｅＦｉ６Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｖｅｌｏｃｉｔｉｎｖｅｎｔｕｒｉｔｕｂｅｇ．ｆｐｇ．ｆｙ在不改变文丘里管尺寸大小的情况下，喉部压强与入口速度关系曲线如图７所示．从图７可看出：当入口速度较小时，喉部压强也较小，并随着速度的增加而缓慢下降；当－１）速度达到某个值（后，喉部压强迅速降低，并有１．５ｍ·ｓ可能低于该温度下水的饱和蒸汽压而发生空化现象．２结论基于通用Ｃ模拟ＦＤ（ｃｏｍｕｔａｔｉｏｎａｌｌｕｉｄｄｎａｍｉｃｓ）ｐｆｙ同理论计算结软件对文丘里管流动特性进行了数值模拟，果比较发现误差在可接受的范围内，表明了数值模拟的准确性和可靠性．然后，在一个较大范围雷诺数（２００～７０）内模拟得出了实际流量与测压管水头差的关系曲线，０００图７喉部压强与入口速度关系Ｆｉ７Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｂｅｔｗｅｅｎｔｈｒｏａｔｇ．ｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｉｎｌｅｔｖｅｌｏｃｉｔｐｙ１２］同实验给出的经验公式［在其适用范围（雷诺数为２内的计算结果符合得很好，对文丘０００～２００００）第４期邹星，等：文丘里管流动特性的数值模拟４５５里管的优化设计有一定指导意义．但是在高于和低于其范围时，则存在较大误差．对此，将计算数据进行整理并利用ＭＡＴＬＡＢ软件进行回归分析，分别给出了大雷诺数和小雷诺数范围的函数关系式．同时给出了文丘里管内部流场的并在其大小尺寸不变的情况下，研究喉管压强和入口速度大小之间的关系．这有助于在只知分布情况，道入口速度的情况下推测管内喉部位置是否已发生空化现象，为文丘里管的使用提供指导．参考文献：［］］（：赵雨斌，王家成．文丘里管流量计在东深工程供水计量中的应用［中国仪器仪表，增刊）１Ｊ．２００２４０谭奇峰，－４２．［］盛健，梁国伟．流量计量与测试［北京：中国计量出版社，２苏彦勋，Ｍ］．２版．２００７：７５－７６．［］］（）：王汉卿，庞世强．内文丘里管流量计［仪器仪表学报，３李连科，Ｊ．２００１，２２６５５６－５５９．［］，］４ＬＥＥＪＣＲＯＷＥＣＴ．Ｓｃａｌｉｎｌａｗｆｏｒｍｅｔｅｒｉｎｔｈｅｆｌｏｗｏｆａｓ－ｐａｒｔｉｃｌｅｓｕｓｅｎｓｉｏｎｓｔｈｒｏｕｈｖｅｎｔｕｒｉｓ［Ｊ．ＡＳＭＥｇｇｇｐｇ，（）：ｏｆＦｌｕｉｄｓＥｎｉｎｅｅｒｉｎ１９８２，１０４１８８－９１．Ｊｏｕｒｎａｌｇｇ［］［］ｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｓａｒｔｉｃｌｅ５ＳＨＡＦＦＥＲＦＤ，ＢＡＪＵＺＡＲＡ．Ａｎａｌｓｉｓｏｆｖｅｎｔｕｒｅｆｏｒ－ｆｌｏｗｓＪ．ＡＳＭＥＪｏｕｒｎａｌｏｆＦｌｕｉｄｓｐｇｐｙ，（）：Ｅｎｉｎｅｅｒｉｎ１９９０，１１２１１２１－１２７．ｇｇ［］６ＤｅＬＥＥＵＷＲ．ＬｉｕｉｄｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｏｆＶｅｎｔｕｒｉｍｅｔｅｒｒｅａｄｉｎｓｉｎｗｅｔａｓｆｌｏｗ［Ｃ］∥ＮｏｒｔｈＳｅａＦｌｏｗＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｑｇｇ：［］，Ｗｏｒｋｓｈｏ．Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｓｓ．ｎ．１９９７．ｐ［］［］ａｓ７ＳＴＥＶＥＮＲＮ．ＷｅｔｍｅｔｅｒｉｎｗｉｔｈａｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｌｍｏｕｎｔｅｄＶｅｎｔｕｒｉｍｅｔｅｒＪ．ＦｌｏｗＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄＩｎｓｔｒｕｍｅｎ－ｇｇｙ，（／）：ｔａｔｉｏｎ２００２，１２５６３６１－３７２．［］计算流体动力学分析：北京：清华大学出版社，８王福军．ＣＦＤ软件原理与应用［Ｍ］．２００４：１２１－１２２．［］］（）：豆海建，陈思维，等．文丘里管流场的数值研究［中国水泥，９陈作炳，Ｊ．２００５４５８－６０．［］流体力学［北京：高等教育出版社，１０张也影．Ｍ］．２版．１９９９：２８７－２８８．［］］（）：一种实用的水饱和蒸汽压拟合方程［山西农业大学学报，１１韩学孟．Ｊ．１９９６，１６３２７８－２８０．［］］（）：齐鄂荣．文丘里管流动特性的实验研究［中国农村水利水电，１２李琼，Ｊ．２００７１１６５－６７．ＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＦｌｏｗＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｉｎＶｅｎｔｕｒｉＴｕｂｅ１２１２１２ＺＯＵＸｉｎＬＩＨａｉ－ｔａｏ，ＺＯＮＧＺｈｉｇ，（，，；１．ＳｔａｔｅＫｅＬａｂｏｒａｔｏｒｏｆＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＡｎａｌｓｉｓｆｏｒＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＥｕｉｍｅｎｔＤａｌｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏＤａｌｉａｎ１１６０２４，Ｃｈｉｎａｙｙｙｑｐｙｇｙ，，）２．ＦａｃｕｌｔｏｆＶｅｈｉｃｌｅＥｎｉｎｅｅｒｉｎａｎｄＭｅｃｈａｎｉｃｓＤａｌｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏＤａｌｉａｎ１１６０２４，Ｃｈｉｎａｙｇｇｙｇｙ，，，：ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｆｌｏｗｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｉｎＶｅｎｔｕｒｉｔｕｂｅｆｏｒｔｈｅｗｉｄｅｒａｎｅＲｅｎｏｌｄｓｎｕｍｂｅｒｆｒｏｍ２００ｔｏ７００００ｗｅｒｅｓｉｍｕｌａ－ｇｙ）ｗｔｅｄｗｉｔｈＦｌｕｅｎｔｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｃｕｒｖｅｏｆｆｌｏｗｒａｔｅａｎｄｗａｔｅｒｌｅｖｅｌｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ（ｂｅｔｗｅｅｎｉｎｌｅｔａｎｄｔｈｒｏａｔａｓｐ，ｗｏｏｄｒｅｓｅｎｔｅｄｈｉｃｈｉｓｉｎａｒｅｅｍｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅｅｘｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｆｏｒ２０００～２００００Ｒｅｎｏｌｄｓｎｕｍｂｅｒ．Ｆｏｒ２００～２０００ｇｐｇｐｙ，２００００～７００００Ｒｅｎｏｌｄｓｎｕｍｂｅｒｗｉｔｈｏｕｔｅｘｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｏｆｆｌｏｗｒａｔｅａｎｄｙｐｐ，ａｎｄｗａｔｅｒｌｅｖｅｌｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｗｅｒｅｒｅｒｅｓｓｅｄａｎｄａｆｏｒｍｕｌａｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｆｏｒｅａｃｈｒａｎｅｏｆＲｅｎｏｌｄｓｎｕｍｂｅｒｔｏｃａｌｃｕｌａｔｅｄｇｇｙ，ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｂｅｔｗｅｅｎｒｅｌａｔｉｖｅｖａｃｕｕｍｉｎｔｈｒｏａｔａｎｄｉｎｌｅｔｖｅｌｏｃｉｔａｎｄｔｈｅｉｒｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｃｕｒｖｅｉｓｏｂｔａｉｎｅｄｆｏｒｔｈｅｒｅｓｓｕｒｅｐｐｙｐ，，ｔｈｅｃｏｎｓｔａｎｔｓｉｚｅｏｆＶｅｎｔｕｒｉｔｕｂｅ．Ｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｉｎｎｅｒｆｌｏｗｆｉｅｌｄｓｕｃｈａｓｖｅｌｏｃｉｔａｎｄｓｔａｔｉｃｒｅｓｓｕｒｅｉｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．ｙｐ：；；；；ｗＫｅｗｏｒｄｓＶｅｎｔｕｒｉｔｕｂｅｆｌｕｅｎｔｓｏｆｔｗａｒｅｆｌｏｗｒａｔｅｒｅｎｏｌｄｓｎｕｍｂｅｒａｔｅｒｌｅｖｅｌｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｙｙ（责任编辑：陈志贤英文审校：郑亚青）耦合边界条件下蜂窝陶瓷传热及气体流动特性的数值模拟龚晖1,2，曾令可2，税安泽2(1.珠海市旭日陶瓷，珠海，519110，2.华南理工大学材料科学与工程学院，广州，510640）摘要：本文通过建立蜂窝陶瓷传热及气体流动的三维非稳态模型，运用计算流体力学(CFD)软件，在耦合边界条件下对蜂窝陶瓷的工作过程进行数值模拟，得到了启动过程中蜂窝陶瓷热端和冷端的气体温度及压力变化规律，以及稳定工作期内，蜂窝陶瓷内气体温度、速度、和压力的分布规律。

聚合物溶解槽内双搅拌器流场特性的数值模拟

聚合物溶解槽内双搅拌器流场特性的数值模拟

Ａｂｓｒ ｃ ： ｔｒｅ ｅ ｓ ｌｉ ｎ ｆ ｔ ｅ ｋ ｙ ｅ ｕ ｐ ｎ ｏ ｏｙ ｒ ｆｏ ｄ ｎ ｎ ｏｆｈ ｒ ｉ ｆｅｄ． ｅ ｆｏ ｆｅ ｄ ｆ ｔ ａ ｔ Ｓ ｉｒ ｄ ｖ ｓ ｅ ｓ ｏ ｅ ｏ ｈ ｅ ｑ ｉ ｍｅ ｔｆ ｒ ｐ ｌ ｍｅ ｏ ｉ ｇ ｏ ｆ ｏ ｅ ｏ ｌｉ ｌ Ｔｈ ｗ ｌ ｓ ｏ ｌ ｓ ｌ ｉ
拌器组合 时的流场变得更为复杂 、 无序 。在第 ２ ３种混合状态 时， Ｃ Ｕ搅拌器与正转 的 ＭＳ 拌器 的组合形 成 的 ， ＫＸ 搅
流场速度较大 ， 加强了 Ｋ Ｘ Ｃ Ｕ搅拌器的流动范围 ， ， 并 且形成 了最大 的循环流量 ， 其功率居 中。
关键 词 ： 内外组 合桨 ； 计算流体力学（ Ｆ ； Ｃ Ｄ） 循环流量 ； 功率消耗
（ ．华东理工大学 生物反应器 国家重点实验室 ， １ 上海
２ ．浙 江 长 城 减 速 机 有 限公 司 ，浙 江 温 州
２０ ３ ； ０ ２７
３０ ５ ； ０ ４ ２ ３０ ５ ） ０４ ２
３５２ ； ２０ ８
３ ．中海油能源发展股份有限公 司 油 田建设工程公司 ，天津 ４ ．中海 油能 源发展股份有 限公 司 采油技术 服务公 司 ，天津
中 图分 类 号 ：Ｑ０ ７２ Ｔ １ ． Ｔ ２ ． ； Ｑ０ ５９ 文献标识码 ： Ａ 文章 编 号 ：０ ５９５ （０ ２ １－ ５ －５ １０ ．９４ ２ １ ）００ ００ ０
Ｄｏ ：０ ３ ６／．ｓｎ １０ －９４ ２ １．０ ０ ２ Ｉ １ ．９ ９ ｊｉ ．０ ５９ ５ ．０ ２ １． １ ｓ
ｐ ｌ ｍｅ ｉｓ ｌ ｔ ｎ ｉ ｈ ｉｓ ｌ ｔ ｎ ｔｎ ｔ ｈ ｅ ｉ ｄ ｆｉ ｎ ｒｏ ｔｒａ ｉ ｔｒ ｈ ｃ ｄ ｐ ｅ ｈ ｏ ｅｄ ｆ ｏｙ ｒｄ ｓ ｏｕ ｉ ｎ ｔ ｅ ｄ ｓ ｏｕ ｉ ａ ｋ ｗｉ ｔ ｒ ｅ ｋ ｎ ｓ ｏ ｅ — ｕ ｅ ｇｔ ｏｓ ｗ ｉ ｈ ａ ｏ ｔｄ ｔ ｅ ｆ ｗ ｆ ｌ ｓｏ ｏ ｏ ｈ ｎ ａ ｌ ｉ
旋流式喷嘴内流场的数值模拟_徐刚

旋流式喷嘴内流场的数值模拟_徐刚

研究与探索旋流式喷嘴内流场的数值模拟徐 刚,吴伟亮(上海交通大学,上海200240)摘 要:基于单流体模型,建立了旋流式喷嘴内流场的数学模型,应用V OF方法捕获气液分界面进行数值计算,模拟喷嘴出口处空气锥形状和气液分界面,得到了一组流量与喷嘴工作压降的关系曲线,其结果与前人的经验相符合。

关键词:单流体模型;旋流式喷嘴;数值计算中图分类号:T K16 文献标识码:A 文章编号:1005 7439(2008)03 0129 04Numerical Simulation of Internal Flow Field in Swirl AtomizationXU Gang,WU Wei Liang(Shang hai Jiaot ong U niv ersity,Shang hai200240,China)Abstract:N umer ical simulation of t he inter nal flo w in a sw ir l ato mization was car ried o ut by using the single fluid model,in w hich the g as liquid int erface was distinguished by g as liquid mix tur e fractio n.T he st ruct ur e o f the flow field,which co nsists of liquid film and g as co re,w as obtained.Flux pressur e curve was predicted,w hich show goo d ag reement w ith for mer research.Keywords:Sing le fluid mo del;Sw ir l atom izer;N umerical calculatio n旋流式喷嘴是实现液体雾化的有效途径之一,与气动式喷嘴相比,它因结构简单、动力消耗低和雾化效率高而被广泛应用于石油、化工、食品、环保及消防等行业。