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《波浪管內(nèi)部流動的三維數(shù)值模擬》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、波浪管內(nèi)部流動的三維數(shù)值模擬*國家863資助項目（2004AA616260）帥科王彤谷傳綱/上海交通大學(xué)摘要：為分析彎曲管道內(nèi)部流體流動的阻力損失，分別對不同幾何條件下的3種波浪管內(nèi)部流動進行了數(shù)值模擬。通過流場三維數(shù)值模擬，詳細分析了彎曲管道內(nèi)部流動損失機理，說明由于曲率的急劇變化導(dǎo)致壓力損失的顯著增大。關(guān)鍵詞：波浪管數(shù)值模擬壓力損失中圖分類號：TP15文獻標識碼：B文章編號：1006-8155（2006）02-0010-05Three-dimensionalNumericalSimulationonInnerFlo
2、winUndulatedPipesAbstract:Numericalsimulationiscarriedoutforthree-dimensionalflowinthreetypesofundulatedpipeswithdifferentgeometricalcondition,foranalysisonresistancelossofflowinbendduct.Throughthree-dimensionalnumericalsimulationofflowfield,innerflowlossmechani
3、sminbendductisanalyzedindetails.Itisindicatedthatsharpchangeofcurvatureresultsinremarkableincreaseofpressureloss.Keywords:UndulatedpipeNumericalsimulationPressureloss1引言流體在輸送過程中，不可避免地存在壓力損失，其中彎曲圓管內(nèi)的流體流動是工程中經(jīng)常遇到的問題，例如熱交換器、流體輸送管道、水利工程以及其他設(shè)備和裝置。彎曲形狀的流動通道，其內(nèi)部流動表現(xiàn)出不同
4、于一般長直管道的特性。因此有必要研究彎曲管道內(nèi)的流體流動，目前研究工作主要集中在流動狀態(tài)、熱量傳遞以及摩擦阻力方面。彎曲管道流動摩擦與流體速度、管道幾何條件等參數(shù)之間有著復(fù)雜關(guān)系，而試驗條件未必能夠涵蓋所有工程中的流動，所以實際工程計算中對彎曲管道中流動損失系數(shù)的選取誤差較大。為解決這個問題，筆者通過試驗測量、理論分析和數(shù)值研究等作了大量的工作。近年來由于計算流體力學(xué)和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)值模擬成為流體研究領(lǐng)域中不可缺少的方法，特別是在研究完全三維流動方面，數(shù)值方法開辟了一條新路，對某些因技術(shù)、成本等因素而難以采用
5、試驗研究的問題，尤為重要。20世紀70年代，美國物理學(xué)家Wilson把量子場論中的重正化群(renormalizationgroup，簡稱RNG)方法創(chuàng)造性地應(yīng)用到相變理論研究中，Yakhot和Orszag將RNG方法應(yīng)用于湍流?；?，并提出湍流在慣性子區(qū)域內(nèi)的對應(yīng)原理，推導(dǎo)出一種原始的RNG模型。隨后又出現(xiàn)了Yakhot和Smith通過糾正輸送方程的推導(dǎo)錯誤而得到的修正模型，以及Yakhot等采用一種雙向展開（doubleexpansion）技術(shù)對方程進行展開而得到的一種新的RNG模型。RNG模型在研究均勻剪切流、后向
6、臺階分離流、軸對稱沖擊射流等方面取得了非常好的效果，表明其能夠較好地模擬具有強曲率影響的湍流分離流動。盡管應(yīng)用模型所得結(jié)果和試驗值之間仍存在一定的誤差，但在工程湍流計算中仍然是一種具有很好應(yīng)用前景并值得推廣的湍流模型[1，2]。應(yīng)用FLUENT軟件和修正的RNG模型，對彎曲圓管內(nèi)的充分發(fā)展流動進行數(shù)值研究，以此分析其阻力特性。62數(shù)值模擬為研究彎曲管道流動特性及其影響因素，選取不同幾何條件的3種管道模型作為研究對象。如圖1所示，分別為水平放置的180o彎曲圓管、兩個180o彎曲圓管組合的波浪型彎曲圓管以及帶過渡段的波浪
7、型彎曲圓管。其中R為管道彎曲半徑，D為管道直徑，L為兩段彎管間直段長度。（a）180o彎曲圓管(b)波浪型彎曲圓管（c）帶過渡段的波浪型彎曲圓管圖1彎曲管道幾何模型計算采用修正的RNG方程。RNG方程的思想是系統(tǒng)地剔除最小尺度的湍流，在計算機能力許可的條件下，分辨出其余尺度的湍流，以避免目前湍流研究中，在進行雷諾平均的過程中失去過多湍流信息的缺點。除了穩(wěn)態(tài)時均連續(xù)性方程和動量方程外，修正的RNG模型在分析湍流模型時（湍動能）方程形式與標準RNG模型完全相同，方程可表示為（1）其中分別為湍流粘性系數(shù)，方程的源項和湍動能產(chǎn)
8、生項。此模型與標準的模型不同之處在于，方程中的常數(shù)并非用經(jīng)驗的方法確定，而是利用RNG理論推導(dǎo)出來的精確值，即圖2波浪管斷面網(wǎng)格劃分圖，而標準模型中經(jīng)驗常數(shù)的取值為，湍流粘性系數(shù)仍按公式計算，理論給出的常數(shù)。數(shù)值計算采用SIMPLE算法。進口條件為均勻速度進口條件，出口條件為自由出口條件，其余為固壁邊界條件。根據(jù)已有的研究資料，進
