基于FLUENT软件的高雷诺数下复合圆柱体绕流的数值模拟研究
发布时间：2018-03-18 16:46
本文选题：数值模拟 切入点：复合圆柱体 出处：《太原理工大学》2014年硕士论文 论文类型：学位论文
【摘要】：数值模拟软件的诞生是科研领域的一个突破性的发展,软件成了理论和实验的直接桥梁,理论指导实验,实验完善理论,一些复杂的问题可以借助数值模拟软件来实现。 筒装料管道水力输送作为一种新型的管道水力输送方式,其核心结构是复合圆柱体。本文结合国家自然科学基金“管道缝隙螺旋流水力特性研究(51109115)”和“管道列车水力输送能耗研究(51179116)”,以平直管段中复合圆柱体同心静止于管道中时的流场为研究对象,采用数值模拟方法对高雷诺数下复合圆柱体绕流流场进行研究,并通过试验对其进行验证。得到的主要成果如下： 1、单复合圆柱体绕流情况 (1)对复合柱体静止状态的受力情况进行了分析,得出复合柱体在静止状态下主要受到压差力和剪切力的作用,随着直径比的增大,压差力越大,复合柱体越容易起动。 (2)将模拟管段划分为上游段、缝隙段和下游段,上游段又分为不受影响区和受影响区,不受影响区的断面流速符合普朗特指数分布,影响区的上游1-1断面和2-2断面从管道中心到管壁流速都是先增大然后骤降,相比于1-1断面,2-2断面的速度变化曲线斜率变大,速度增大地越快,上游3-3断面流速分布非常不均匀,流速梯度大。 (3)缝隙段断面的轴向速度沿任一支脚的中心轴线均呈对称分布,从圆柱体外壁到管壁轴向速度先增大后减小,最大值出现在距离管壁约4mm处。随着直径比的增大,环状缝隙内的轴向速度增大,流速梯度越大,分布越不均匀,变化趋势越接近线形,最大值出现的位置向圆柱体外壁移动。 (4)缝隙段前断面的径向速度基本呈现环状分布,从圆柱体外壁到管壁径向速度先增大后减小,最大值出现在靠近圆柱体外壁的缝隙内,并且随着直径比的增大,最大值出现的位置远离圆柱体外壁,中断面的径向速度分布比较均匀,且为负值,后断面上除支脚区域外分布较为均匀,且为正值。 (5)与轴向速度相比,周向速度要小2-3个数量级,所以环状缝隙流的周向运动可以忽略不计 (6)通过对轴向速度和径向速度的模拟值与实测值进行比较,得出运用FLUENT模拟高雷诺数下环状缝隙内水流的运动特性是可行的。 (7)通过计算得出复合柱体前、后断面的局部阻力系数与直径比成指数关系,而且存在一个直径比临界值kε,当kkS,前断面局部水头损失大,当kkε,后断面局部水头损失大,kε约等于0.75。 (8)下游段出现尾涡,把下游段分为三部分,下游1-1断面的流速梯度较大,从管道中心到管壁流速先减小后增大再骤降,下游2-2断面管道中心区域与缝隙区域之间的流速很小,从管道中心到管壁也是先减小后增大再骤降,下游3-3断面的流速分布较为均匀,分布规律逐渐趋于管道水流分布。 2、双复合柱体绕流情况 (1)对双复合柱体静止状态的受力情况进行分析,得出双柱体的临界间距Se在40cm-50cm之间。 (2)同一间距时,存在一个临界面—圆柱体外壁面,临界面以内区域,两柱体之间的水流速度较小,管道水流较大,临界面以外,两柱体之间的水流速度变大,而管道水流较小。 (3)间距越大,两柱体间水流中断面的速度分布越均匀,越接近环状分布,管道中心质点的流速随着间距的增大呈现先减小后增大的趋势。
[Abstract]:The birth of numerical simulation software is a breakthrough in the field of scientific research. Software has become a direct bridge between theory and experiment. Theory guides experiments, experiments improve theories, and some complex problems can be realized by numerical simulation software.
The piped hydraulic transportation as a new type of hydraulic pipeline, its core structure is composite cylinder. Research on pipe flow characteristics of spiral slot "combined with the National Natural Science Foundation (51109115)" and "energy pipeline train Hydraulic Research (51179116)," to flow straight pipe in composite cylinders in concentric stationary when the pipes as the research object, using numerical simulation method to study the high Reynolds number of composite cylinder flow field, and through the test to verify the main results are as follows:
1, the flow around a single composite cylinder
(1) the static state of the composite column is analyzed. It is concluded that the composite cylinder is mainly affected by the differential pressure and shear force in the static state. With the increase of the diameter ratio, the greater the pressure difference is, the easier the composite cylinder will start.
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本文编号：1630447
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