圆管中湍旋流的数值模拟及其流动特性探究

发布时间：2025-01-01 00:52

　　湍旋流是自然界与实际工程中广泛存在的一类流动,自然界中的龙卷风,工程实际中的旋风分离器、强化传热管、水力旋流器等装置中均有旋流的身影,水利工程中利用旋流排沙、排螺、消能等也取得了不错的效果。研究湍旋流的流动特性不仅具有较高的工程价值,更能够加深对流体运动的理解。由于湍旋流运动的复杂性,目前数值模拟的进口条件还多依赖于实验成果提供,且以简化的二维轴对称模拟居多;研究内容主要围绕湍旋流的流场特性及阻力特性展开,能量损失的成果比较少。有鉴于此,本文在总结前人研究成果的基础上,采用数值模拟与理论分析,得到如下成果:(1)对圆管中湍旋流的三维数值模拟进行了探讨:从湍流模式封闭来看,应选用更能适合中高旋流强度湍旋流模拟的雷诺应力模式;近壁处理方面,非平衡壁函数比标准壁函数在旋流这类的复杂流动中更有优势;开发数值旋流生成装置,以实现管道进口处高品质旋流的自动生成;网格剖分上,需结合旋流的流动特点及装置的结构特点,进行有针对性的布置。验证计算成果与已有实验数据进行对比,两者吻合较好。(2)基于总流理论,提出了圆管中湍旋流的总流能量损失计算式。与以往需依据实验或原型观测成果建立的经验计算式不同,该计算式能...

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中文摘要
Abstract
1 概述
    1.1 研究背景
        1.1.1 研究范围
        1.1.2 研究意义
    1.2 研究现状
        1.2.1 理论分析
        1.2.2 实验研究
        1.2.3 数值模拟
    1.3 存在问题
    1.4 本文的主要工作
2 数学模型及数值模拟技术
    2.1 数学模型
        2.1.1 控制方程
        2.1.2 湍流封闭模式
        2.1.3 近壁处理
        2.1.4 边界条件
    2.2 数值计算方法
        2.2.1 旋流数值生成技术
        2.2.2 网格生成
        2.2.3 控制方程离散
        2.2.4 离散方程求解
    2.3 验证计算
    2.4 本章小结
3 湍旋流运动特性
    3.1 计算方案
    3.2 衰减特性
        3.2.1 旋流强度参数
        3.2.2 衰减特性
    3.3 流速特性
        3.3.1 回流现象
        3.3.2 切向速度
        3.3.3 轴向速度
    3.4 压强特性
        3.4.1 结果分析
        3.4.2 深入讨论
    3.5 本章小结
4 湍旋流阻力及能量损失特性
    4.1 壁面时均切应力
    4.2 总流能量损失
        4.2.1 消能率
        4.2.2 统一描述
        4.2.3 动静液体表面力势能差
        4.2.4 能量损失系数
    4.3 本章小结
5 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
参考文献
附录
致谢



本文编号：4021797