弯管内黏弹性流体流动特性的数值模拟
发布时间：2021-12-25 10:08
在湍流中加入适量的减阻添加剂,可以有效地降低摩擦阻力,这就是添加剂湍流减阻技术。自从1948年的第一届国际流变学会议上,Toms指出高分子聚合物的湍流减阻增输现象以来,国内外的学者对高分子聚合物和表面活性剂两种减阻添加剂做了广泛的实验,并在数值模拟方面进行了深入拓展,得到了许多关于减阻现象以及减阻机理的重要理论成果。对减阻机理的研究,目前黏弹性假说得到了相当一部分人的支持。然而,由于黏弹性流体减阻过程较为复杂,在今后一段时间内,仍需要做大量工作对其研究探讨。本论文以黏弹性流体为研究对象,推导FENE-P黏弹性模型的控制方程组,根据方程编写C程序。利用GAMBIT前处理软件构建弯管几何模型,并划分网格,然后导入到FLUENT中,通过自定义函数功能加载C程序,进行计算。利用网格无关性验证、减阻范围验证及和文献规律对比验证等方式检验得出计算案例和模型具有较高的可靠性。然后对不同工况下的减阻过程做了分析,并和水做了对比研究。介绍了FENE-P黏弹性模型的建立过程。黏弹性流体是流体中物性最为复杂的一类,FENE-P模型可以较好的对其描述。通过对相关公式的推导,得到了FENE-P模型的控制方程组和...
【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号注释表
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 减阻添加剂的研究进展与应用
1.2.1 高分子聚合物的实验研究与应用
1.2.2 表面活性剂的实验研究与应用
1.2.3 添加剂减阻机理的理论研究
1.2.4 黏弹性流体的数值模拟研究进展
1.3 弯管水流研究现状
1.4 本文主要研究内容
1.5 研究技术路线
第二章 建立黏弹性模型及编写程序
2.1 引言
2.2 黏弹性流体理论
2.2.1 流体的种类
2.2.2 黏弹性流体本构方程
2.3 FENE-P模型的建立
2.3.1 基本控制方程
2.3.2 三维直角坐标系下展开式
2.4 FLUENT概述及UDF的实现
2.4.1 FLUENT简介
2.4.2 UDF功能
2.4.3 UDF的编写
2.5 本章小结
第三章 FLUENT对黏弹性流体的数值模拟
3.1 引言
3.2 常用公式介绍
3.3 几何模型和网格划分
3.3.1 建立几何模型
3.3.2 划分网格和设置边界条件
3.4 FLUENT计算设置
3.4.1 选择湍流模型
3.4.2 计算参数设置
3.5 可靠性检验
3.5.1 网格无关性验证
3.5.2 人工黏性项系数
3.5.3 摩擦系数验证
3.5.4 减阻效果分析
3.6 本章小结
第四章 黏弹性流体参数沿程变化情况
4.1 引言
4.2 减阻率沿程变化
4.3 压力参数变化规律
4.3.1 壁面压力系数分布
4.3.2 静水压强分布
4.4 流速变化规律
4.4.1 轴向流速分布
4.4.2 流速等值线分布
4.4.3 二次流现象
4.5 湍动能变化规律
4.5.1 湍动能沿程变化
4.5.2 湍动能径向分布
4.5.3 湍动能壁面分布
4.6 本章小结
第五章 结论和展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
致谢
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]粘弹性流体作用下的船舶水动力特性研究[J]. 李威君. 舰船科学技术. 2017(20)
[2]雷诺数和半径比对90°圆弧弯管流动特性的数值研究[J]. 李静,杨俊红,黄涛,韩奎,高琳. 机械科学与技术. 2017(10)
[3]基于水溶液高分子聚合物减阻的城市内涝应急管理[J]. 熊永亮,杨丹. 中国水运(下半月). 2016(10)
[4]弯管中气泡动态特性及激振力特性分析[J]. 阚兴玉,刘云龙,王诗平,张阿漫. 中国科技论文. 2016(19)
[5]高分子溶液壁湍流减阻机理的TRPIV实验研究[J]. 蒋营营,管新蕾,姜楠. 实验力学. 2013(04)
[6]应用FLUENT研究幂律流体偏心环空流场流动[J]. 郭慧丽. 内蒙古石油化工. 2013(03)
[7]阀体后90°圆形弯管内部流场PIV测量及POD分析[J]. 谢龙,靳思宇,王玉璋,于建国. 实验流体力学. 2012(03)
[8]90°弯管内二次流（迪恩涡）的数值模拟[J]. 湛含辉,朱辉,陈津端,王刚. 锅炉技术. 2010(04)
[9]弯管压降随迪恩涡的变化规律及数值模拟[J]. 湛含辉,朱辉,李灿,马满英. 机械设计与制造. 2010(04)
[10]矩形槽道内表面活性剂减阻流体流场特性[J]. 顾卫国,王德忠,川口靖夫,张红霞. 力学学报. 2010(02)
硕士论文
[1]圆柱齿轮流量计计量精确度的影响因素研究[D]. 赵君.兰州理工大学 2017
[2]管道减压实验与表面活性剂流体流动特性数值模拟研究[D]. 姚鑫.太原理工大学 2016
[3]低渗透油藏表面活性剂降压增注工艺技术研究与应用[D]. 贾永红.西安石油大学 2013
[4]FLUENT在粘弹性流体流动数值模拟中的应用[D]. 郑智颖.哈尔滨工业大学 2013
[5]添加剂减阻技术在集中供暖系统中的节能应用[D]. 焦利芳.哈尔滨工业大学 2008
本文编号：3552262
【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号注释表
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 减阻添加剂的研究进展与应用
1.2.1 高分子聚合物的实验研究与应用
1.2.2 表面活性剂的实验研究与应用
1.2.3 添加剂减阻机理的理论研究
1.2.4 黏弹性流体的数值模拟研究进展
1.3 弯管水流研究现状
1.4 本文主要研究内容
1.5 研究技术路线
第二章 建立黏弹性模型及编写程序
2.1 引言
2.2 黏弹性流体理论
2.2.1 流体的种类
2.2.2 黏弹性流体本构方程
2.3 FENE-P模型的建立
2.3.1 基本控制方程
2.3.2 三维直角坐标系下展开式
2.4 FLUENT概述及UDF的实现
2.4.1 FLUENT简介
2.4.2 UDF功能
2.4.3 UDF的编写
2.5 本章小结
第三章 FLUENT对黏弹性流体的数值模拟
3.1 引言
3.2 常用公式介绍
3.3 几何模型和网格划分
3.3.1 建立几何模型
3.3.2 划分网格和设置边界条件
3.4 FLUENT计算设置
3.4.1 选择湍流模型
3.4.2 计算参数设置
3.5 可靠性检验
3.5.1 网格无关性验证
3.5.2 人工黏性项系数
3.5.3 摩擦系数验证
3.5.4 减阻效果分析
3.6 本章小结
第四章 黏弹性流体参数沿程变化情况
4.1 引言
4.2 减阻率沿程变化
4.3 压力参数变化规律
4.3.1 壁面压力系数分布
4.3.2 静水压强分布
4.4 流速变化规律
4.4.1 轴向流速分布
4.4.2 流速等值线分布
4.4.3 二次流现象
4.5 湍动能变化规律
4.5.1 湍动能沿程变化
4.5.2 湍动能径向分布
4.5.3 湍动能壁面分布
4.6 本章小结
第五章 结论和展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
致谢
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]粘弹性流体作用下的船舶水动力特性研究[J]. 李威君. 舰船科学技术. 2017(20)
[2]雷诺数和半径比对90°圆弧弯管流动特性的数值研究[J]. 李静,杨俊红,黄涛,韩奎,高琳. 机械科学与技术. 2017(10)
[3]基于水溶液高分子聚合物减阻的城市内涝应急管理[J]. 熊永亮,杨丹. 中国水运(下半月). 2016(10)
[4]弯管中气泡动态特性及激振力特性分析[J]. 阚兴玉,刘云龙,王诗平,张阿漫. 中国科技论文. 2016(19)
[5]高分子溶液壁湍流减阻机理的TRPIV实验研究[J]. 蒋营营,管新蕾,姜楠. 实验力学. 2013(04)
[6]应用FLUENT研究幂律流体偏心环空流场流动[J]. 郭慧丽. 内蒙古石油化工. 2013(03)
[7]阀体后90°圆形弯管内部流场PIV测量及POD分析[J]. 谢龙,靳思宇,王玉璋,于建国. 实验流体力学. 2012(03)
[8]90°弯管内二次流（迪恩涡）的数值模拟[J]. 湛含辉,朱辉,陈津端,王刚. 锅炉技术. 2010(04)
[9]弯管压降随迪恩涡的变化规律及数值模拟[J]. 湛含辉,朱辉,李灿,马满英. 机械设计与制造. 2010(04)
[10]矩形槽道内表面活性剂减阻流体流场特性[J]. 顾卫国,王德忠,川口靖夫,张红霞. 力学学报. 2010(02)
硕士论文
[1]圆柱齿轮流量计计量精确度的影响因素研究[D]. 赵君.兰州理工大学 2017
[2]管道减压实验与表面活性剂流体流动特性数值模拟研究[D]. 姚鑫.太原理工大学 2016
[3]低渗透油藏表面活性剂降压增注工艺技术研究与应用[D]. 贾永红.西安石油大学 2013
[4]FLUENT在粘弹性流体流动数值模拟中的应用[D]. 郑智颖.哈尔滨工业大学 2013
[5]添加剂减阻技术在集中供暖系统中的节能应用[D]. 焦利芳.哈尔滨工业大学 2008
本文编号：3552262
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