基于Fluent的T型三通內部流場數值模擬
2017-01-11 by:CAE仿真在線 來源:互聯網
三通管在工業、農業諸如油田內部集輸管網等很多方面使用非常廣泛, 主要用于改變流體方向,可用于輸水管路,輸油管路及各種液體化工材料輸送管路。因此對三通結構流動形式的研究可以為管道的設計提供一定的依據。采用Fluent對三通結構進行模擬可以降低費用,節約成本,具有比價好的經濟效益,同時也可以減小試驗儀器的不穩定度于試驗結果的影響。對于不可壓縮粘性流體,其運動可用N-S方程標示,控制方程為:密度為860Kg/m3 ,粘度為1.02Kg/m?s,比熱 容為2100J/Kg?K 的原油以不同的速度和溫度分別從inlet1和inlet2進入三通管,混合后從outlet流出。Inlet1流入的的原油的溫度為300k,速度為3m/s。inlet2流入的原油的溫度為450k,速度為 4m/s,兩股原油在三通管內發生劇烈的能量交換和 能量損失, 混合后由outlet流出計算模型如圖1所示。圖2為模型的網格劃分圖。在Solidworks中利用其三維建模功能,建立如圖 1所示尺寸的模型,并利用Ansys Fluent 的mesh 功能進行網格劃分,網格劃分方法選擇Hex Dominant , 網格大小設置為3,太小的網格在劃分過程中會因為計算機內存不足而退出。網格劃分的過于稀疏又無法達到指定的計算精度。經過反復試驗本文取網格大小為3。具體劃分結果如圖3所示。在fluent中對求解器進行設置,采用三維穩態隱式求解方法。粘度的處理采用Standard k-epsilon turbulence model。設置收斂進度為0.0001,進行600次迭代后,計算結果如圖計算結果如圖4~圖8所示。從圖4中可以看出,兩股流體在三通內混合后壓力較混合前有較大幅度的降低,并且在豎管出口的右側形成一個低壓區。從圖4,圖5可以看出管由于粘性的影響,在管道壁面上的流體質點速度為零。由于管內的流動是紊流,所以管中的速度分布不是通常的“拋物線形 狀”,其速度分布(除管壁)比較均勻平坦。但在三通管的匯合處及其后的管道中與混合之前大致相同,由于處于湍流狀態混合后流速分布仍然未呈現“拋物線形狀”的速度分布,在混合后出現了一個低速區,基本上與低壓區重合。這個區域內的流速與管內主流體流動方向不同。由此可以看出在混合后側靠近避免的位置出現了漩渦流動。從圖8可以看出,在小管流體噴出后在三通交匯處的下部形成兩個低壓區,這是由于小管流體的射流作用造成的。此外,不同的邊界層網格劃分對計算結果也會有影響,網格的寬度及層數都應適合,太疏則不能反映流動狀態的變化,太密則會增大計算量。在計算過程中采用Segregated隱式解,標準K-Ε雙方程模型來處理湍流計算,經結果驗證,此模型相對于其他湍流模型能獲得更合理,更精確的計算結果。本文通過對三通管道三維湍流流動計算,正確計算出三通管內流體混合后流場和溫度場的分布情況。對于研究油品在通過三通時的流動狀況和管道的設計積累了經驗,提供了依據。[1]邱秀云.水力學[M], 烏魯木齊:新疆點子出版社, 2008.[2]王福軍. 計算流體動力學分析. CFD 軟件原理與應用[M], 北京:清華大學出版社 2004.[3]韓占中,王靜. Fluent- 流體工程仿真計算實力與應用[M],北京:北京理工大學出版社2010.
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