大曲率弯道中拟塑性流体的湍流数值计算研究
发布时间：2021-08-02 02:19
本文采用一种耦合流体流变性的修正的低雷诺数k-ε模型,结合前期建立的适用于拟塑性非牛顿流体的高精度算法,数值模拟研究了90°大曲率方截面弯道中拟塑性流体的湍流流动,并与实验数据进行比较。结果表明,主流速度的预测值与实验结果呈现出较为一致的分布趋势,表明了方法与模型的有效性。在弯道及其下游平直恢复段,拟塑性流体湍流的脉动动能最大值均出现在弯道的侧壁附近。而在弯道的下游恢复段,轴向和径向湍流脉动强度在从截面中心到弯管外壁的方向上分布呈现出先减小后增大的趋势。
【文章来源】：工程热物理学报. 2016,37(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图１弯管结构尺寸示意图
采用三阶精度?（Ｃ）０＝４５。?（ｄ）０＝６〇。??的ＳＭＡＲＴ格式，扩散项采用中心差分格式．同??时采用基于ＯｐｅｎＭＰ的多核并行方法来分配计算?ｉ??边界条件的给齡ＴＦ：??进口：入流按照平均流速给定，湍流动能＆按?Ｉ??进口流体平均动能ｉ％给出，耗散率ｅ按充分发展的?Ｉｔ?）??边界给出，即假定湍流动能的生成率等于耗散率。?ＩＶ——Ｓ—ＬＺ２Ｍ??出口：按照局部单向化的特征。?（ｅＸＨ＝０．２５?（ｆ）ＸＨ＝２．５??壁面：采用无滑移条件，速度设为〇。?图２?Ｃ／ｃ＝?１．５?ｍ／ｓ时主流速度等值线分布图??迭代时速度亚松弛因子一般取〇．３，压力亚松弛?（上半部：实验值［５］，下半部：本文计算值）??因子一般取０．５。经详细的网格无关检查后，网格数?￣?２?ＣＱｎｔ＿?Ｑｆ?Ｃ／／队ａｔ?ｓｕｃｃｅｓｓｉｖｅ?Ｓｔｏ＿ｗｉｓｅ?—??选取１０２ｘＧ２ｘ６２（流向ｘ径向ｘ展向）。?从整体上看，主流速度预测值与实验结果分布??、４＊哲／士田＾八姑；?趋势一致，吻合良好，表明了本文的模型方法适用??４?１十算纟口采与刀ｆ／ｒ?于弯道拟塑性流体湍流的数值计算。??４．１主流速度及二次流?在二次流分布方面，主要比较了两种流动工况??图２是拟塑性流体在来流平均速度Ｕｃ?＝?Ｉ．５?下弯道６？二６０°截面内的径向速度分布，如图３所??ｍ／ｓ时沿流向＝?－０．２５、０二３０。、妨。、６〇。及ＸＨ?示，其中正值代表流体从弯管外壁流向内壁，负值表??＝０．２５、ＸＨ?＝?２．５六个截面内主流速度（采用来流平?示流向相反。弯道牛顿流体在％?＝?１?ｍ／ｓ时该截面??均速度作无量纲化）等值线分布图，其中左侧为弯
同流速下的牛顿流体?流脉动强度最大值约为牛顿流体的１．５倍。从轴向??实验值进行比较。从图中可以看出，相比牛顿流体，湍流脉动强度分布可以看出，下游恢复段中的拟塑??拟塑性流体雷诺剪切应力等高线更加密集，雷诺剪?性流体轴向脉动强度由截面中心向弯管外壁呈现出??切应力最大值约为牛顿流体的２倍，最大值发生位?先减小后增大的趋势，而该位置牛顿流体同一方向??置与牛顿流体相同，均出现在弯管外壁附近。经比?上的轴向湍流脉动强度分布逐渐减校??较发现，从弯道０?＝?６０°位置到下游平直恢复段，弯?从图７径向湍流脉动强度的分布图可以看出，在??管外壁处的剪切应力最大值区域逐渐减小，弯管外?弯道及其下游平直恢复段，拟塑性流体径向湍流脉??壁到中心区的剪切应力梯度逐渐变大。同一截面位?动强度大于牛顿流体，在弯道横截面上，湍流脉动强??置在不同流速下的雷诺剪切应力分布趋势基本相同，度的径向分量从截面中心到弯管外壁逐渐增大。在??剪切应力最大值随来流平均速度的增大而有减小的?下游恢复段，湍流脉动强度的径向和轴向分量均由??趋势，与湍流脉动动能分布持征相似。?截面中心向外壁的方向上也呈现出先减小后增大的??４．４湍流脉动强度?趋势。??弯道０?＝?６０°位置和下游恢复段ＸＨ?＝?２．５位置??处的拟塑性流体湍流脉动强度分布如图５和图６所??示。可以看出与雷诺剪切应力分布相似，同－位置??处不同流速下的湍流脉动强度分布趋势基本相同．?１??图６中弯道０?＝?６０°位置处，通过拟塑性流??体轴向揣流脉动强度与牛顿流体的比较发现，拟塑：＾?＼?Ｊ?＇■??性流体轴向湍流脉动强度最大值是牛顿流体的ｉ．８?■??倍，从截面中心到弯管外壁逐渐增大。区别
【参考文献】：
期刊论文
[1]拟塑性流体三维流动的高精度有限体积算法[J]. 马坤,赖焕新. 华东理工大学学报(自然科学版). 2015(05)
[2]大曲率弯管中拟塑性流体的流场测量[J]. 马坤,袁世伟,常怀见,赖焕新. 工程热物理学报. 2014(12)
[3]五种低雷诺数κ-ε模型的考核[J]. 袁世伟,赖焕新. 工程热物理学报. 2014(06)
[4]幂律流体流流动指数对其湍流流动的影响[J]. 权晓波,姜培正,亢力强. 西安交通大学学报. 2000(12)
本文编号：3316692
【文章来源】：工程热物理学报. 2016,37(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图１弯管结构尺寸示意图
采用三阶精度?（Ｃ）０＝４５。?（ｄ）０＝６〇。??的ＳＭＡＲＴ格式，扩散项采用中心差分格式．同??时采用基于ＯｐｅｎＭＰ的多核并行方法来分配计算?ｉ??边界条件的给齡ＴＦ：??进口：入流按照平均流速给定，湍流动能＆按?Ｉ??进口流体平均动能ｉ％给出，耗散率ｅ按充分发展的?Ｉｔ?）??边界给出，即假定湍流动能的生成率等于耗散率。?ＩＶ——Ｓ—ＬＺ２Ｍ??出口：按照局部单向化的特征。?（ｅＸＨ＝０．２５?（ｆ）ＸＨ＝２．５??壁面：采用无滑移条件，速度设为〇。?图２?Ｃ／ｃ＝?１．５?ｍ／ｓ时主流速度等值线分布图??迭代时速度亚松弛因子一般取〇．３，压力亚松弛?（上半部：实验值［５］，下半部：本文计算值）??因子一般取０．５。经详细的网格无关检查后，网格数?￣?２?ＣＱｎｔ＿?Ｑｆ?Ｃ／／队ａｔ?ｓｕｃｃｅｓｓｉｖｅ?Ｓｔｏ＿ｗｉｓｅ?—??选取１０２ｘＧ２ｘ６２（流向ｘ径向ｘ展向）。?从整体上看，主流速度预测值与实验结果分布??、４＊哲／士田＾八姑；?趋势一致，吻合良好，表明了本文的模型方法适用??４?１十算纟口采与刀ｆ／ｒ?于弯道拟塑性流体湍流的数值计算。??４．１主流速度及二次流?在二次流分布方面，主要比较了两种流动工况??图２是拟塑性流体在来流平均速度Ｕｃ?＝?Ｉ．５?下弯道６？二６０°截面内的径向速度分布，如图３所??ｍ／ｓ时沿流向＝?－０．２５、０二３０。、妨。、６〇。及ＸＨ?示，其中正值代表流体从弯管外壁流向内壁，负值表??＝０．２５、ＸＨ?＝?２．５六个截面内主流速度（采用来流平?示流向相反。弯道牛顿流体在％?＝?１?ｍ／ｓ时该截面??均速度作无量纲化）等值线分布图，其中左侧为弯
同流速下的牛顿流体?流脉动强度最大值约为牛顿流体的１．５倍。从轴向??实验值进行比较。从图中可以看出，相比牛顿流体，湍流脉动强度分布可以看出，下游恢复段中的拟塑??拟塑性流体雷诺剪切应力等高线更加密集，雷诺剪?性流体轴向脉动强度由截面中心向弯管外壁呈现出??切应力最大值约为牛顿流体的２倍，最大值发生位?先减小后增大的趋势，而该位置牛顿流体同一方向??置与牛顿流体相同，均出现在弯管外壁附近。经比?上的轴向湍流脉动强度分布逐渐减校??较发现，从弯道０?＝?６０°位置到下游平直恢复段，弯?从图７径向湍流脉动强度的分布图可以看出，在??管外壁处的剪切应力最大值区域逐渐减小，弯管外?弯道及其下游平直恢复段，拟塑性流体径向湍流脉??壁到中心区的剪切应力梯度逐渐变大。同一截面位?动强度大于牛顿流体，在弯道横截面上，湍流脉动强??置在不同流速下的雷诺剪切应力分布趋势基本相同，度的径向分量从截面中心到弯管外壁逐渐增大。在??剪切应力最大值随来流平均速度的增大而有减小的?下游恢复段，湍流脉动强度的径向和轴向分量均由??趋势，与湍流脉动动能分布持征相似。?截面中心向外壁的方向上也呈现出先减小后增大的??４．４湍流脉动强度?趋势。??弯道０?＝?６０°位置和下游恢复段ＸＨ?＝?２．５位置??处的拟塑性流体湍流脉动强度分布如图５和图６所??示。可以看出与雷诺剪切应力分布相似，同－位置??处不同流速下的湍流脉动强度分布趋势基本相同．?１??图６中弯道０?＝?６０°位置处，通过拟塑性流??体轴向揣流脉动强度与牛顿流体的比较发现，拟塑：＾?＼?Ｊ?＇■??性流体轴向湍流脉动强度最大值是牛顿流体的ｉ．８?■??倍，从截面中心到弯管外壁逐渐增大。区别
【参考文献】：
期刊论文
[1]拟塑性流体三维流动的高精度有限体积算法[J]. 马坤,赖焕新. 华东理工大学学报(自然科学版). 2015(05)
[2]大曲率弯管中拟塑性流体的流场测量[J]. 马坤,袁世伟,常怀见,赖焕新. 工程热物理学报. 2014(12)
[3]五种低雷诺数κ-ε模型的考核[J]. 袁世伟,赖焕新. 工程热物理学报. 2014(06)
[4]幂律流体流流动指数对其湍流流动的影响[J]. 权晓波,姜培正,亢力强. 西安交通大学学报. 2000(12)
本文编号：3316692
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