基于斯托克斯数的弯管冲蚀数值模拟

发布时间：2020-03-06 23:06

【摘要】：利用计算流体力学数值模拟软件Fluent,采用DPM模型中的稳态方法和随机轨道模型,进行颗粒的运动轨迹追踪。考虑到离散相对连续相的影响,采用相间耦合方法,基于斯托克斯数(St)进行了一系列颗粒对弯管管壁的冲蚀数值模拟。结果表明:弯管入口直管段,冲蚀速率很小且均匀;在随后的弯管段,颗粒聚集较多,该处冲蚀速率较大;出口直管段,当St1时,冲蚀情况由弯管外侧沿着管壁逐渐均匀过渡到整个管壁四周,管壁最大冲蚀速率随St的增大而略有增大,但增幅很小。当St1时,颗粒在内外管壁之间变性跃移,管壁冲蚀呈现不连续的点状冲蚀,管壁最大冲蚀速率随St的增大而略有增大,增幅很小,但明显大于St1时的最大冲蚀速率。
【图文】：

斯数来分析颗粒的运动和冲蚀行为。斯托克斯数是由上述众多影响因素组成的无因次数群，它表示颗粒的动量响应时间和流体的特征时间之比，描述了悬浮在流体中的颗粒行为。利用斯托克斯数不仅能够较好地模拟颗粒在流体中运动情况和冲蚀情况，而且能够极大地减少未知数的个数，减少研究工作量，而且使得研究结果更加简单，使用更加方便。本工作利用计算流体力学数值模拟软件Ｆｌｕ－ｅｎｔ，研究了在不同斯托克斯数下颗粒在流体中的运动规律以及颗粒对管壁的冲蚀情况。１弯管的几何模型及网格划分弯管的几何模型如图１所示，直径２０ｍｍ，弯曲角度９０°，曲率半径３０ｍｍ。为了克服入口效应的影响，入口段直管长度取为管径的５倍，即１００ｍｍ。考虑到弯管后，颗粒的流动情况比较复杂，出口段直管长度取管径的１０倍，即２００ｍｍ。图１弯管几何模型Ｆｉｇ．１Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｅｌｂｏｗ采用Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ中ｍｅｓｈｉｎｇ模块，用扫略方法对弯管结构进行完全结构化网格划分，以提高网格的划分质量。为了考虑边界层对模拟结果的影响，在管壁附近进行了网格加密。划分后的总体网格数为１５６３００个，，为了节省篇幅，此处仅示出了部分弯管部分网格，见图２。２弯管冲蚀采用的数学模型２．１流体流动数学模型弯管内流体流动遵循连续性方程（１）和动量守恒方程（２）。

本文编号：2585251