突扩管分离流场的数值模拟.pdfVIP

Vol9　No17　Sep. 2009 第 9卷 　第 17期 　2009年 9 月 科 　学 　技 　术 　与 　工 　程 　 167 11819 (2009) Science Technology and Engineering 　2009　Sci TechEngng 水利技术 突扩管分离流场的数值模拟 赵海燕 　贾雪松 　杨士梅 　郝 　明 (大庆石油学院石油工程学院 ,大庆 163318) 摘 　要 　边界突然扩大的流动在管道输运工程中是一种常见的流动现象 ,管道的设计对节能及生产成本的降低起着至关重 ( ) 要的作用 。利用计算流体力学 CFD 中的 FLU EN T软件对突扩管路牛顿流体层流情况进行数值模拟 ,并通过后处理软件 Tec p lot和 O rigin对模拟结果做了数据处理 ,给出了不同雷诺数和不同突扩比情况下的突扩管分离流场的流线图 ,分析了它们对 突扩管流的影响 。结果可以很好的反映突扩管流的基本特征 ,为工业生产中常见的此类问题的研究提供了理论依据和分析 方法 。 关键词 　突扩流 　　F luen t　　数值模拟 　　流线 中图法分类号 　TV 1342; 　　　　文献标志码 　A 　　突扩回流是利用通道几何断面的突然扩张产 流动表现出强烈的二维特性 ,流动可看成是轴对称 生回流 [ 1 ] 。由于管道面积的突然扩张 ,在面积突然 的[ 7, 8 ] 。故为分析方便和减少工作量 , 可将流体在 变化的截面后存在着回流 、分离 、重附和剪切等流 突然扩大的管道 内流动简化为平面流动 。具有突 动现象 ,会引起压力降低和能量损失 [ 2 , 3 ] 。这样的 然扩张的二维管道如图 1所示 。D 1 = 100 mm , D2 = 流动可以发生在化学 、石油工业中的管流体系 ,还 200 mm 。为了保证入口和出口流动均为充分发展 , 可以应用于空气流通管 、突扩燃烧室和液体射流装 速度剖面为抛物线 ,取 L 1 = 20D 1 , L2 = 20D 2 。并定 置中。它在能源 、动力 、化工等工业领域有着广泛 义突扩比 E =D2 /D 1 。 的应用 。因此对突扩管道 内的流动进行数值模拟 研究在工程实践和理论研究中都有着十分重要的 意义 。 ( ) 随着计算流体力学 CFD 的可靠性不断提高 , CFD 软件在研究流体机械的流场 问题领域中得到 了广泛的应用 [ 4 , 5 ] 。文章中利用 FLU EN T软件 ,对 突扩管分离流场进行模拟计算 ,分析了不同雷诺数 和不同突扩比情况下的突扩流场的流动情况 。 图 1　突扩管二维计算区域图 1　数学模型 1. 1　控制方程 粘性不可压缩流体在管道 内作瞬态流动的支 由于在雷诺数比较低的情况下 ,突扩管道内的 配方程为连续性方程 : u v + = 0 ( 1) x y 2009 年 5 月 25 日收到 ( )