圆形弯管中涡相互作用对声场影响的研究

发布时间：2018-03-27 10:39

  本文选题：弯管　切入点：大涡模拟　出处：《陕西师范大学》2015年硕士论文

【摘要】：科技飞速发展,现代化进程日新月异,管道系统已被广泛地应用于供水、供暖、输油等领域,这些管道系统保障了人民的正常生活,使国家的经济,科技等方面有了快速的发展。此外,船舶业中充液管路已广泛的应用在液压、石油等许多领域中。管道系统中存在许多弯管,而弯管中流体的流动,一直是流体力学领域关注的焦点之一。弯管凭借节省空间,流体输送,热量交换等优点被广泛应用于工农业、航空、船舶等领域。随着现代化生产效率不断地提高,石油、化工、水力等大量使用含弯管的管道系统屡见不鲜,而管道系统设计的合理性在这些领域的管理和经营中起着决定性作用。因此,对弯管中流体流动机理的了解,推动了流体力学的发展,促进了其在工程上的应用。近年来,计算机软件飞速发展,数值模拟技术凭借效率高,成本低,应用广,适应性强等优点,得到了诸多研究者的青睐。本文主要运用Fluent软件中的大涡模拟方法对弯管内液态水的湍流流动进行了数值模拟研究,然后对声学类比方程进行求解,获得监测点的所有声压信号,并利用Fluent14.5中的SIMPLE算法实施计算,最后对算出的声压信号及流场中的流动情况进行分析和研究。本文重点研究了以下三个方面,它们分别为：1.首先介绍了湍流的性质和方程,其次给出了大涡模拟的原理和控制方程及涡声理论、声学类比法,然后给出了流体动力学方程和流场数值模拟的计算方法。依据这些理论对弯管进行几何模型的建立和网格的划分。利用数值计算方法中的fluent对90°弯管内的流场和声场进行研究。计算出的结果表明：(1)在t=7.0×10-2(s)时,随着角度θ不断增加,弯管中各个面的涡旋越来越明显,且出现的涡旋由弯管的外壁向内壁移动。鉴于二次流的影响,弯曲段的外壁面的压力比内壁面的压力大,外壁面的速度比内壁面的速度小；(2)在0=900截面上,随着时间的不断变化,同一横截面速度场中的涡经历了一系列的变化,最终速度场保持稳定；(3)在二次流的作用下,流场出现了涡旋,其相互之间融合或分裂时出现声压,声压在整个过程中先产生小波动,然后在大涡的相互作用下产生较大的声压,最后流场处于稳定的同时声场也趋于稳定。在0=0°～90°截面上,声压峰值呈递增的趋势,0=90°时达到最大值,该截面上产生的声压值最大。2.运用Fluent软件数值模拟计算圆形截面的900弯管。弯管的湍流带有旋转流动结构,会促进涡的出现。涡和涡之间的相互作用会对弯管中的声场造成一定的影响。从模拟结果可知：(1)由于液态水进入弯管后出现湍流,湍流涡之间发生强烈的相互作用产生声压,管中的声压随时间不断的变化。在0.1s前,声压振幅出现波动；在0.1s后,管中的声压基本不再发生变化。入口压力逐渐变大的过程中,管中声压随时间变化规律并未发生改变。(2)当弯管半径不发生变化时,声压峰值与声压稳定值随着入口压力的增加而增加。(3)当入口压力一定时,随着弯管半径不断的增大,声压峰值依次呈递减趋势,而声压稳定值也一直处于下降趋势。3.采用Fluent软件对不同弯曲程度的弯管出口声场进行了研究。探究了弯管的弯曲程度与出口声压之间的关系。保持外界条件不变,从固定曲率半径不变和固定弯曲部分长度不变的两方面来进行研究,观察弯管从300到180°的变化过程中,弯曲度0与出口声压之间的关系。从模拟结果知：(1)若曲率半径不变,弯管弯曲程度0从300～1800的变化过程中声压峰值依次呈递增趋势,此外,声压稳定值的总体趋势也呈上升趋势。(2)当弯管弯曲部分长度不变时,随弯管弯曲度θ的增大,声压峰值的总体增长趋势依次递增,声压稳定值也一直在增大。
[Abstract]:This paper studies the turbulent flow of liquid water in the elbow by using the method of large eddy simulation in the field of hydraulic and petroleum .
( 2 ) At 0 = 900 section , the vortex in the same cross section velocity field experienced a series of changes over time , and the final velocity field remained stable ;
( 3 ) Under the action of secondary flow , the flow field has a vortex . The sound pressure is generated during the whole process , and the sound pressure reaches the maximum at the time of 0 = 0 掳 锝，

本文编号：1671162