90°弯管对潜艇高压气管路沿程压力损失的影响分析

发布时间：2021-06-26 01:57

　　针对潜艇高压气管路中弯管的压降损失及其等效长度计算问题,采用计算流体力学（CFD）方法对90°弯管内超高压气体的流动过程进行了数值模拟。用六面体结构化网格对流动区域进行网格划分,通过直接数值求解由RNG k-ε湍流模型封闭的RANS方程研究管道内部流场形态,得到了弯管内部的压力分布与速度分布并捕捉到二次流的生成和发展过程,计算结果与其他学者开展的数值仿真以及模型实验结果相一致。仿真结果表明,弯管引起的局部压降会较大程度增加管路的总压力损失,进而影响高压气应急吹除效率,在潜艇设计建造阶段必须予以重视,同时也验证了采用RNG k-ε湍流模型模拟弯管内超高压气体流动特性的可行性及有效性。 

【文章来源】：舰船科学技术. 2020,42(15)北大核心

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

直管部分网格划分Fig.3Meshofthestraightpipe

剧烈的区域能够捕捉到较精确的流动细节，对直管段较长的部分沿主流方向采用抛物线型节点分布规律，同时对弯管及其附近区域进行网格加密，如图2所示。采用近壁模型法来求解近壁区粘性底层及过渡层内的流动，第1层网格节点与端点之间的距离设为1.5mm，网格增长比率为1.05，如图3所示。5个算例的网格总数均为32万左右，仿真研究发现，当管路长度方向上的网格节点数达到以上设置密度时，网格的数值解已经达到了网格独立解。4计算结果与分析在实验方案中设计了不同弯头数的多条管路，其图1管路及弯头尺寸参数Fig.1Dimensionsofthepipeandelbow·94·舰船科学技术第42卷

factorversuspolar-angleontheouterwall表1为管路中存在不同数量的弯头时，管路入口截面和出口截面的平均静压以及气体在管路中总的沿程压力损失。通过该表计算可知，此实验方案中每2个弯头所产生的局部压降大约相当于0.5m相同直径的直管所产生的摩擦压力降，且与无弯管时的沿程压力损失比较而言，8个90°弯管可额外造成0.8MPa的压降，这对潜艇高压气的应急吹除效率来说无疑将造成较大的影响。因此，在潜艇设计建造阶段，应对高压气管路进行合理布局，尽可能少地采用弯管尤其是偏转角度图2弯管部分网格划分Fig.2Meshoftheelbow图3直管部分网格划分Fig.3Meshofthestraightpipe图4对称面上等压线分布Fig.4Isobaricdistributionofthesymmetryplane第42卷张建华，等：90°弯管对潜艇高压气管路沿程压力损失的影响分析·95·

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3250395