《FLUENT算例三维圆管紊流流动状况的数值模拟分析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《FLUENT算例三维圆管紊流流动状况的数值模拟分析（15页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、三维圆管紊流流动状况的数值模拟分析在工程和生活中，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。层流，即液体质点作有序的线状运动，彼此互不混掺的流动；紊流，即液体质点流动的轨迹极为紊乱，质点相互掺混、碰撞的流动。雷诺数是判别流体流动状态的准则数。本研究用CFD软件来模拟研究三维圆管的紊流流动状况，主要对流速分布和压强分布作出分析。1物理模型三维圆管长l2000mm，直径d100mm。流体介质：水，其运动粘度系数1106m2/s。Inlet:流速入口，10.005m/s,20.1m/sOutlet:压强出口Wall：光滑壁面，无滑移2在ICEMCFD中建立模型2.1
2、首先建立三维圆管的几何模型Geometry2.2做Blocking因为截面为圆形，故需做“O”型网格。2.3划分网格mesh注意检查网格质量。在未加密的情况下，网格质量不是很好，如下图因管流存在边界层，故需对边界进行加密，网格质量有所提升，如下图2.4生成非结构化网格，输出fluent.msh等相关文件3数值模拟原理紊流流动当以水流以流速2.ud0.1m/s,从Inlet万向流入圆管，可计算出雷诺数Re10000,故圆管内y流动为紊流。假设水的粘性为常数（运动粘度系数1106m2/s）、不可压流体，圆管光滑，则流动的控制方程如下：质量守恒方程:(u)(V)(w)0z(u)(uu)(uv)(uw
3、)txyz八u2)(uv)_Xuw)pzxxy(V)(vu)(vv)(vw)txyz二uv)_(v2)_(vw)pzyxy(w)(wu)(wv)(ww)txyz上w)(vw)(2一w)pzzxy湍动能方程：(k)(ku)(kv)_(kw)t-(zxFkzyGkzx湍能耗散率方程:()(u)_(v)_(w)txy1zx-(二）一）CGk2C2zkzkk动量守恒方程:xx、w是流速矢量在(x(式中，为密度，u、方程求解：采用双精度求解器，定常流动，标准v)x-(yv)yz(0-1)u)zv)z(0-2)(0-3)W)xL)kw)yw)z(0-4)-(y言)(0-5)-(yPl(0-6)x、y和z方
4、向的分量，p为流体微元体上的压强。k模型，SIMPLEC算法。4在FLUENT中求解计算紊流流动4.1FLUENT设置除以下设置为紊流所必须设置的外，其余选项和层流相同，不再详述。Viscous设置ud雷饴数Re10000，故圆管内流动为紊流，Viscous设置为RealizableK-epsilon模型，其余默认。Boundary设置Inlet设置为速度入口，为20.1m/s,Turbulence设置为IntensityandHydraulicDiameter方法，即Outlet设置为自由出口Outflow,如设置成压力出口，则之后计算会存在问题（已验证）Solution设置采用双精度求解器
5、，定常流动，Realizablek模型，SIMPLEC算法。4.2开始迭代设置迭代次数为300,实际比这个少，迭代收敛时会自动停止。5紊流计算结果及分析计算293步后，已收敛，自动停止运算。残差监视窗口为Residualscontinuityx-vlQcityyvelocrtyz-veiocrtyk白gg1fr*041e*021#+00le-04le-08IfrW05020025010015GIterations3M5.1显示流速等值线图5.1.1入口和出口截面的流速分布图分布在Surface里选择inlet及outlet(1)Velocityofinlet1J0V-0I123F-0I1.l6
6、e-ni1.10- 01皿PI9命M6J85e-H：6.16e-Q23点成a3.11- C2.74e-(E顷HE与陌KS可见，入口处流速分布不明显，基乎都等于入口流速20.1m/s,只是外层靠近壁面处流速几乎为(2)VelocityofoutletiJOei1231-011.10B-QI皿595W-CCe.gof-o:aja-trjITj53t-CE6J85e-ir：1.1H-CCI34世2.74e-nz*7二顷HE苗也贝004CND可见，出口截面流速分布较为明显，和层流一样，显同心圆分布，内层流速偏大，外层靠近壁面处流速几乎为零，分层更为严重，边界层很薄。5.1.2Y轴和Z轴方向流速截面圆管
7、内各个截面的流速分布均不相同，可以认为紊流还没达到稳定状态，在此不再分析各个截面的流速分布，仅对整个圆管的流速作出分析。截面沿圆管长度X方向截取，可看到对称的效果。(1)Velocityofy-0整根圆管：137f-O11.30e-011Ke-0111601110v-0l1 Q3*-0i65Se-OZ822Q27.53t-02685e-D2616022 47524.11c-0i342&-022.74t-020502137f-O2685e皿0.00e*00(2)Velocityofz-0整根圆管：123E-0I1.1OE-QIl=O1!Tj53t4E6J85P-E6.16P4E“青心4.1le世
8、3.ia-022.7-DZ2nae-nz137e-6JK4J30Ot-H3D以上两个截面流速分布图的效果是一样的，可以看出圆管水流紊流入口段及之后的流速发展趋势，而且显示流速变化的规律更为明显。(3)入口段II37t-Q113fle-0li23e-0i1I6e-OlilOe-Qi1035知成H.9D皿I8.22e02753e-02665e-02C16(-03548e0244IZN34M0?274e-D22.05(-02i37e-02685e03与层流入口段的流速分布相比，可以明显的看出紊流入口段的流速分布不太明显，且基本没有分层，符合紊流流动的基本规律。流速分布也不像层流流速那样显明显抛物线分
9、布，而是更加平滑，越超后发展发展越平滑，到底是什么曲面，之后再加分析。紊流过流断面的流速对数分布比层流的抛物面分布均匀的八u1.一多，符合一lnyC的规律，即uK(4)出口段137f-O11.30e-01123&-011I6t-O1110e-0l1 03e-0i65Se-D2822Q27.5302685e-D2616&-Q25州卜侃4.7002411挪342e-0274M220502137e-O2685e030.00e*-KU乱骸施TXT4J4ODI4心+-L72B+O3书Die+CD-5J+00书J+和层流圆管内压强分布一样，进口压强大，出口压强小，即存在压降。另外在圆管任何截面上，其压强分
10、布是均匀的，没有分层现象，这点和层流截面压强分布很不同。5.3轴向压强的变化执行PlotXYPlot,选择YAxisFunction里的Pressure和PressureMagnitude,选择Surfaces里圆管的对称轴line-x,可得到轴向压强分布散点图。StaticPressure(pascal)p随L的增加而降圆管紊流中的压降，虽然不存在理论上的经验公式，但从上图可以看出，紊流的压降和层流类似，除了入口段压强分布因流速急剧上升而下降稍快外，其余部分均可看作是一条直线，即低，是正比关系。5.4.1系统总流里MassFlowRate(kg/s)inletint_solidoutletwall0.78277661-155.7078-0.7827766105.4.2Net入口出口流速积分3.3306691e-16IntegralVelocityMagnitude(m/s)(m2)inletoutlet0.000767248920.000776597535.4.3Net入口出口压强积分IntegralStaticPressure0.0015438464(pascal)(m2)inletoutlet0.0011779853-0.046995372Net-0.0458173866总结本文通过数值模拟对圆管内水流动的紊流流态进行了分析。数值模拟实验论证了
