导流片对水洞等截面拐角流场影响的数值研究
发布时间：2021-08-05 22:21
该文针对水洞拐角流场分布不均产生的分离和对流问题,利用计算流体力学软件（Fluent）对水洞第四拐角的流场进行数值模拟,分析导流片数量、分布方式和厚度对拐角出口的流场均匀性及能量损失的影响。模拟结果表明:流场均匀性最佳时,导流片数量和厚度应满足数学模型;随着导流片数目增加或导流片厚度加厚,能量损失均增大;导流片等间距布置时的流场均匀性优于等动量布置,两者造成的能量损失无明显差异。
【文章来源】：水动力学研究与进展（A辑）. 2019,34(03)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
拐角对称面Fig.1Thesymmetryplaneofelbowbend
谌童，等：导流片对水洞等截面拐角流场影响的数值研究397模型相比，RNGK-ε湍流模型可以更好地处理高应变率以及流线弯曲程度较大的流动。在模型中的k方程和ε方程的表达式为[12]：ikeffkijjkkukGtxxx(3)ieffijjutxxx*212kCGCkk(4)式中：μeff=μ+μt，表示有效黏性系数；μt=ρCμk2/ε，表示湍动黏度；Cμ、C1ε和C2ε为RNGK-ε湍流模型的模型常数，其值为Cμ=0.0845,C1ε=1.42,C2ε=1.68。1.3数值方法采用有限体积法对控制方程进行离散化处理，参见图2，并选用SIMPLE算法。进口为流体均匀地进入管道中，初始速度为0.5m/s（雷诺数为Re=2.246×106），出口为压力出口，固体壁面上采用无滑移条件，湍流模型采用RNGK-ε模型，近壁面采用标准壁面函数处理，收敛精度均设置为10-5,其它选用缺省设置。其中雷诺数的数学表达式为：dURe(5)式中：d为水力直径，U为来流平均速度，ρ为水的密度，μ为水的动力黏度。图1拐角对称面Fig.1Thesymmetryplaneofelbowbend1.4结果验证为了验证RNGK-ε湍流模型的适用性，计算得出无导流片时弯管外侧壁面上压力系数CP随θ的变化关系，并与Taylor[2]和丁珏等[5]的结果进行对比。其中CP=(P-Pref)/(ρu02/2)，Pref是θ=0°，r*=0，z*=0位置处的参考压力,u0为来流速度。r*为无量纲的径向位置，r*=(r-ro)/(ri-ro)，r为曲率半径，ro=550mm为外壁曲率半径，ri=100mm为内壁曲率半径；z*为无量纲的展向位置，z*=z/z1/2；z1/2为弯管宽度的一半。对比结果如图3所示，虽然三组数据存在一定的差异，但总体基本吻合，这是由于拐角曲率直径比与雷诺数存在差异所致。同时，计算结果发现在拐角出口截面上出现了二次流（如图4），即拐角上下?
谌童，等：导流片对水洞等截面拐角流场影响的数值研究397模型相比，RNGK-ε湍流模型可以更好地处理高应变率以及流线弯曲程度较大的流动。在模型中的k方程和ε方程的表达式为[12]：ikeffkijjkkukGtxxx(3)ieffijjutxxx*212kCGCkk(4)式中：μeff=μ+μt，表示有效黏性系数；μt=ρCμk2/ε，表示湍动黏度；Cμ、C1ε和C2ε为RNGK-ε湍流模型的模型常数，其值为Cμ=0.0845,C1ε=1.42,C2ε=1.68。1.3数值方法采用有限体积法对控制方程进行离散化处理，参见图2，并选用SIMPLE算法。进口为流体均匀地进入管道中，初始速度为0.5m/s（雷诺数为Re=2.246×106），出口为压力出口，固体壁面上采用无滑移条件，湍流模型采用RNGK-ε模型，近壁面采用标准壁面函数处理，收敛精度均设置为10-5,其它选用缺省设置。其中雷诺数的数学表达式为：dURe(5)式中：d为水力直径，U为来流平均速度，ρ为水的密度，μ为水的动力黏度。图1拐角对称面Fig.1Thesymmetryplaneofelbowbend1.4结果验证为了验证RNGK-ε湍流模型的适用性，计算得出无导流片时弯管外侧壁面上压力系数CP随θ的变化关系，并与Taylor[2]和丁珏等[5]的结果进行对比。其中CP=(P-Pref)/(ρu02/2)，Pref是θ=0°，r*=0，z*=0位置处的参考压力,u0为来流速度。r*为无量纲的径向位置，r*=(r-ro)/(ri-ro)，r为曲率半径，ro=550mm为外壁曲率半径，ri=100mm为内壁曲率半径；z*为无量纲的展向位置，z*=z/z1/2；z1/2为弯管宽度的一半。对比结果如图3所示，虽然三组数据存在一定的差异，但总体基本吻合，这是由于拐角曲率直径比与雷诺数存在差异所致。同时，计算结果发现在拐角出口截面上出现了二次流（如图4），即拐角上下?
【参考文献】：
期刊论文
[1]90°矩形截面弯头内置导流板的布置优化研究[J]. 于飞,刘明,李卫东,严俊杰. 动力工程学报. 2015(02)
[2]基于流场品质的风洞导流片空间布置参数优化[J]. 胡彭俊,谷正气,鲍欢欢,张清林. 中南大学学报(自然科学版). 2013(04)
[3]汽车声学模型风洞消声拐角数值计算与试验[J]. 王毅刚,杨志刚,倪晓强,李启良. 同济大学学报(自然科学版). 2011(02)
[4]小型水洞拐角导流片的数值设计[J]. 周刚,汪家道,陈大融. 计算力学学报. 2010(01)
[5]90°方截面弯管内加装导流板的优化研究[J]. 谢振华,周艳荣. 应用基础与工程科学学报. 2009(04)
[6]90°弯管内流动的理论模型及流动特性的数值研究[J]. 丁珏,翁培奋. 计算力学学报. 2004(03)
[7]三种湍流模式数值模拟直角弯管内三维分离流动的比较[J]. 丁珏,翁培奋. 计算物理. 2003(05)
本文编号：3324563
【文章来源】：水动力学研究与进展（A辑）. 2019,34(03)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
拐角对称面Fig.1Thesymmetryplaneofelbowbend
谌童，等：导流片对水洞等截面拐角流场影响的数值研究397模型相比，RNGK-ε湍流模型可以更好地处理高应变率以及流线弯曲程度较大的流动。在模型中的k方程和ε方程的表达式为[12]：ikeffkijjkkukGtxxx(3)ieffijjutxxx*212kCGCkk(4)式中：μeff=μ+μt，表示有效黏性系数；μt=ρCμk2/ε，表示湍动黏度；Cμ、C1ε和C2ε为RNGK-ε湍流模型的模型常数，其值为Cμ=0.0845,C1ε=1.42,C2ε=1.68。1.3数值方法采用有限体积法对控制方程进行离散化处理，参见图2，并选用SIMPLE算法。进口为流体均匀地进入管道中，初始速度为0.5m/s（雷诺数为Re=2.246×106），出口为压力出口，固体壁面上采用无滑移条件，湍流模型采用RNGK-ε模型，近壁面采用标准壁面函数处理，收敛精度均设置为10-5,其它选用缺省设置。其中雷诺数的数学表达式为：dURe(5)式中：d为水力直径，U为来流平均速度，ρ为水的密度，μ为水的动力黏度。图1拐角对称面Fig.1Thesymmetryplaneofelbowbend1.4结果验证为了验证RNGK-ε湍流模型的适用性，计算得出无导流片时弯管外侧壁面上压力系数CP随θ的变化关系，并与Taylor[2]和丁珏等[5]的结果进行对比。其中CP=(P-Pref)/(ρu02/2)，Pref是θ=0°，r*=0，z*=0位置处的参考压力,u0为来流速度。r*为无量纲的径向位置，r*=(r-ro)/(ri-ro)，r为曲率半径，ro=550mm为外壁曲率半径，ri=100mm为内壁曲率半径；z*为无量纲的展向位置，z*=z/z1/2；z1/2为弯管宽度的一半。对比结果如图3所示，虽然三组数据存在一定的差异，但总体基本吻合，这是由于拐角曲率直径比与雷诺数存在差异所致。同时，计算结果发现在拐角出口截面上出现了二次流（如图4），即拐角上下?
谌童，等：导流片对水洞等截面拐角流场影响的数值研究397模型相比，RNGK-ε湍流模型可以更好地处理高应变率以及流线弯曲程度较大的流动。在模型中的k方程和ε方程的表达式为[12]：ikeffkijjkkukGtxxx(3)ieffijjutxxx*212kCGCkk(4)式中：μeff=μ+μt，表示有效黏性系数；μt=ρCμk2/ε，表示湍动黏度；Cμ、C1ε和C2ε为RNGK-ε湍流模型的模型常数，其值为Cμ=0.0845,C1ε=1.42,C2ε=1.68。1.3数值方法采用有限体积法对控制方程进行离散化处理，参见图2，并选用SIMPLE算法。进口为流体均匀地进入管道中，初始速度为0.5m/s（雷诺数为Re=2.246×106），出口为压力出口，固体壁面上采用无滑移条件，湍流模型采用RNGK-ε模型，近壁面采用标准壁面函数处理，收敛精度均设置为10-5,其它选用缺省设置。其中雷诺数的数学表达式为：dURe(5)式中：d为水力直径，U为来流平均速度，ρ为水的密度，μ为水的动力黏度。图1拐角对称面Fig.1Thesymmetryplaneofelbowbend1.4结果验证为了验证RNGK-ε湍流模型的适用性，计算得出无导流片时弯管外侧壁面上压力系数CP随θ的变化关系，并与Taylor[2]和丁珏等[5]的结果进行对比。其中CP=(P-Pref)/(ρu02/2)，Pref是θ=0°，r*=0，z*=0位置处的参考压力,u0为来流速度。r*为无量纲的径向位置，r*=(r-ro)/(ri-ro)，r为曲率半径，ro=550mm为外壁曲率半径，ri=100mm为内壁曲率半径；z*为无量纲的展向位置，z*=z/z1/2；z1/2为弯管宽度的一半。对比结果如图3所示，虽然三组数据存在一定的差异，但总体基本吻合，这是由于拐角曲率直径比与雷诺数存在差异所致。同时，计算结果发现在拐角出口截面上出现了二次流（如图4），即拐角上下?
【参考文献】：
期刊论文
[1]90°矩形截面弯头内置导流板的布置优化研究[J]. 于飞,刘明,李卫东,严俊杰. 动力工程学报. 2015(02)
[2]基于流场品质的风洞导流片空间布置参数优化[J]. 胡彭俊,谷正气,鲍欢欢,张清林. 中南大学学报(自然科学版). 2013(04)
[3]汽车声学模型风洞消声拐角数值计算与试验[J]. 王毅刚,杨志刚,倪晓强,李启良. 同济大学学报(自然科学版). 2011(02)
[4]小型水洞拐角导流片的数值设计[J]. 周刚,汪家道,陈大融. 计算力学学报. 2010(01)
[5]90°方截面弯管内加装导流板的优化研究[J]. 谢振华,周艳荣. 应用基础与工程科学学报. 2009(04)
[6]90°弯管内流动的理论模型及流动特性的数值研究[J]. 丁珏,翁培奋. 计算力学学报. 2004(03)
[7]三种湍流模式数值模拟直角弯管内三维分离流动的比较[J]. 丁珏,翁培奋. 计算物理. 2003(05)
本文编号：3324563
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