粘弹性fene-p模型参数变化对减阻效果影响的数值模拟研究

发布时间：2019-03-30 22:25

【摘要】：流体中加入少量高分子聚合物或者表面活性剂等添加剂可以实现流体输运过程的减阻,提高输运效率,该现象称为添加剂减阻。自1948年Toms首次公开发表添加剂减阻效应后,由于其巨大的节能价值,添加剂减阻现象受到了国内外学者的广泛研究,并且有了长足的发展,在长距离石油管道输运和集中供热、供冷循环应用上都有着非常大的潜力。由于添加剂减阻流体具有粘弹性,所以又称为粘弹性流体。目前国际上对于粘弹性流体减阻的研究有理论研究、实验研究和数值模拟研究。但是由于粘弹性流体减阻机理的复杂性,对其粘弹性特征和减阻机理的解释还很模糊,在适用于工程应用的数值模拟方法研究方面也有缺乏。因此,本文基于粘弹性FENE-P模型,编制UDF,应用CFD领域广泛应用的FLUENT流体计算软件进行数值模拟研究。本文主要研究内容是通过对比相同工况条件下的数值模拟实验与物理模型实验的实验结果进行对比,验证数值模拟的可行性与准确性,然后对不同参数条件下的多种工况进行模拟,分析粘弹性FENE-P模型参数变化对减阻效果的影响,并对粘弹性流体的减阻机理进一步研究。本文首先介绍了粘弹性流体的相关理论,主要参数和本构方程形式和数值计算方法。对粘弹性FENE-P模型的控制方程的张量形式和在笛卡尔坐标系下的形式进行了推算,并且对FLUENT的UDF理论进行了详细介绍,并对FENE-P模型在UDF中的编写做了简要说明。其次,本文利用FLUENT软件对平板槽道湍流进行数值模拟试验,并与相同工况下的采用相位多普勒测试技术的物理模型试验结果进行对比分析,通过对减阻效果,平均轴向流速的分析和与已有研究成果的验证,表明基于粘弹性FENE-P模型对FLUENT软件的二次开发进行粘弹性流体试验具有科学性、准确性和可行性。对牛顿流体水和粘弹性流体120ppm CTAC表面活性剂溶液数值模拟结果后处理速度云图和速度矢量场的分析表明,粘弹性流体的紊流减弱,相对于水的流动,在近壁面处速度猝发现象减少,湍流一定程度被抑制,横向的速度脉动衰减,流向速度脉动减少较慢,并且涡旋结构在流向上发生拉伸,显示有从左到右的流动的流体,促进了能量在轴向上的传递,实现了减阻。最后,对粘弹性FENE-P模型不同参数变化共11种工况进行数值模拟计算,分别对4种魏森贝格数,4种溶剂粘度比和4种分子拉伸长度的工况的数值模拟结果进行后处理,然后对不同组的减阻效果、平均轴向速度分布曲线、湍动能进行对比分析。结果表明,不同工况的粘弹性流体的减阻效果均小于Virk提出的最大减阻渐近线,牛顿流体湍流的平均轴向速度曲线符合牛顿流体层流曲线,进一步验证了模拟结果可靠性较高。对于粘弹性FENE-P模型参数变化对减阻效果的影响研究表明,随着魏森贝格数(We)增大,粘弹性流体的弹性增大,粘弹性流体的湍流抑制作用增强,减阻效果提高;随着溶剂粘度比(β)增大,对粘弹性流体湍流抑制作用减弱,减阻效果减小;使分子拉伸长度(L)增大,粘弹性流体湍流流场的拟序结构增强,减阻效果提高。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O35

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 申振华;不良流线体的减阻新概念[J];航空发动机;2001年03期

2 俎铁林;一个引人注目的课题——高分子减阻[J];力学情报;1973年01期

3 黄德斌,邓先和,王杨君;沟槽面管道湍流减阻的数值模拟研究[J];水动力学研究与进展(A辑);2005年01期

4 r<铁林;一个引人注目的课题——高分子粘性减阻[J];力学情报;1972年11期

5 何川，辛明道;圆柱表面矩形绊条扰流减阻的实验研究[J];重庆大学学报(自然科学版);1996年02期

6 傅鑫;张文宣;栗保明;;低温等离子体减阻实验研究[J];弹道学报;2010年04期

7 王沣浩;姜歌东;罗昔联;梅雪松;;波状圆柱绕流减阻的实验研究[J];西安交通大学学报;2006年01期

8 曹党超;傅承诵;卢思;姚朝晖;;聚氟硅氧烷处理的微纳表面水流减阻研究[J];人工晶体学报;2013年03期

9 李克文,连淇祥;边界层减阻研究综述[J];北京航空航天大学学报;1991年04期

10 喻超;陈晓玲;孙蕾;;超疏水表面形貌对层流减阻的数值模拟[J];上海交通大学学报;2012年02期

相关会议论文 前10条

1 王剑峰;魏进家;;阴阳离子表面活性剂溶液在不同温度下的减阻特性和流变特性研究[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年

2 林德宽;;飞机紊流减阻薄膜的研制[A];中国电子学会生产技术学会工程塑料专业委员会、塑料制件国产化技术研讨会论文集[C];1991年

3 杜广生;刘立宁;刘正刚;王宁;;圆孔和条形孔泄压减阻特性的探讨[A];第七届全国水动力学学术会议暨第十九届全国水动力学研讨会文集（上册）[C];2005年

4 卢拥军;彭飞;邱晓慧;何良好;崔明月;侯向前;王海燕;严芳芳;翟文;程兴生;王丽伟;王进爽;束忠明;金浩;方波;;表面活性剂和聚合物湍流减阻的PIV研究[A];流变学进展（2012）——第十一届全国流变学学术会议论文集[C];2012年

5 宋付权;;微管中去离子水流动的减阻实验研究[A];第二十一届全国水动力学研讨会暨第八届全国水动力学学术会议暨两岸船舶与海洋工程水动力学研讨会文集[C];2008年

6 袁亮亮;孙明礼;李德才;金胜飞;张广;;磁性液体粘性减阻涂层厚度对流量影响的研究[A];2011中国功能材料科技与产业高层论坛论文集（第三卷）[C];2011年

7 蔡成法;詹德新;;船舶微气泡减阻试验研究[A];第十六届全国水动力学研讨会文集[C];2002年

8 周超英;黄玮;苏·阿里;;圆柱绕流减阻的数值研究[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集（上）[C];2005年

9 陈皓生;陈大融;汪家道;;聚氧乙烯水溶液中表面沟槽走向对减阻效果的影响[A];第六届全国表面工程学术会议暨首届青年表面工程学术论坛论文集[C];2006年

10 陈皓生;陈大融;汪家道;;聚氧乙烯水溶液中表面沟槽走向对减阻效果的影响[A];第六届全国表面工程学术会议论文集[C];2006年

相关硕士学位论文 前10条

1 余浩;窄齿土壤工作部件几何特性与减阻性能研究[D];河南科技大学;2015年

2 李龙超;粘弹性fene-p模型参数变化对减阻效果影响的数值模拟研究[D];太原理工大学;2017年

3 李勋;内置减阻杆扩散式方形分离器内两相流数值模拟[D];东华大学;2009年

4 邹存伟;气泡逸出控制措施对气泡船减阻效果影响的数值研究[D];武汉理工大学;2009年

5 徐琼霞;运输船舶气泡润滑减阻技术研究[D];武汉理工大学;2013年

6 夏冬来;小型减阻测试试验平台的研究[D];哈尔滨工程大学;2011年

7 谭晓军;扩散式旋风分离器两相流动数值模拟研究[D];浙江大学;2006年

8 杨鹏;气泡船三维粘性绕流的数值模拟[D];武汉理工大学;2008年

9 赵华琳;仿生射流表面减阻特性及减阻机理研究[D];哈尔滨工程大学;2011年

10 张郑;低速肥大船型气幕减阻研究[D];武汉理工大学;2010年

，

本文编号：2450544