cfd計算速度的分析

1、CFDCFD計算旋轉(zhuǎn)流時旋轉(zhuǎn)中心與幾何中心不重合的速度變換計算旋轉(zhuǎn)流時旋轉(zhuǎn)中心與幾何中心不重合的速度變換賈繼斌陳功(中國石油大學(北京)化工學院，北京102249)摘要：基于CFD計算旋轉(zhuǎn)流的三維速度計算值是以空間的幾何中心為基準給定的。但旋轉(zhuǎn)流由于流動的不穩(wěn)定性或空間結(jié)構(gòu)的非軸對稱性導致旋轉(zhuǎn)流的旋轉(zhuǎn)中心偏離空間的幾何中心。這就使參照旋轉(zhuǎn)中心為基準的三維速度分布不同于基于CFD計算的三維速度分布，兩者之間存在著一定的差別。在實際應用中一

2、般分析問題是建立在以旋轉(zhuǎn)中心為基準的三維速度分布上的，因此需要將參考幾何中心CFD計算的速度變換為參考旋轉(zhuǎn)中心的速度。本文以旋風分離器為實例分析了由于基準不同所產(chǎn)生的速度變化，給出了CFD計算旋流時旋轉(zhuǎn)中心與幾何中心不重合的速度變換的方法。結(jié)論也同樣適用于其他類似旋轉(zhuǎn)流的計算分析。關鍵詞關鍵詞：CFD，旋流，旋轉(zhuǎn)偏心，速度變換，旋風分離器中圖分類號中圖分類號：TQ051.8文獻標識碼A文章編號引言旋轉(zhuǎn)流是一種工業(yè)上廣泛應用的流動形式，如

3、旋風分離器，水力旋流器，旋轉(zhuǎn)射流等。一般基于CFD計算旋轉(zhuǎn)流的三維速度計算值是以空間的幾何中心為基準坐標給定的。但由于旋轉(zhuǎn)流動過程的不穩(wěn)定性或幾何結(jié)構(gòu)上非軸對稱等原因，旋轉(zhuǎn)流的旋轉(zhuǎn)中心偏離空間的幾何中心[1]，存在著旋轉(zhuǎn)偏心的現(xiàn)象，即旋轉(zhuǎn)流的旋轉(zhuǎn)中心與幾何中心不在一個軸線上，兩個中心不重合。若以不同的中心為參考基準，旋轉(zhuǎn)流在空間上同一點的三維速度是不同的，存在著一定的差別，互相直接對等替換必定為后續(xù)的計算或分析帶來較大的誤差。在實際應用

4、中，由于分析問題的特點，在對旋轉(zhuǎn)流流場進行分析中有時需要以旋轉(zhuǎn)中心為基準的三維速度分布，此時應對基于CFD計算的旋轉(zhuǎn)流三維速度值進行修正，將參考幾何中心計算的流場變換為參考旋轉(zhuǎn)中心的流場。本文以蝸殼式旋風分離器流場為CFD計算對象，重點分析旋風分離器內(nèi)旋轉(zhuǎn)流的旋轉(zhuǎn)中心與旋風分離器的幾何中心不在一個軸線上所導致的速度分量之間的差異，給出了將基于幾何中心計算的流場換算到參考旋轉(zhuǎn)中心的流場的方法。結(jié)論方法也同樣適用于其他有關類似旋轉(zhuǎn)流的計算分

5、析。度Vi＝=20ms，湍流脈動動能＝0.735m2s2avgu2)(23Iukavg?，＝＝0.49m2s2，m2s2，=17.021m2s3，??injiuuink320?jiuulhc5.175.0???其中，＝0.09，＝1.42，為入口處的平均流速，I是湍流強度，DH為?Chavgu入口水力直徑，為湍流特征尺寸。取I=0.05，，DH=0.116m。lHDl07.0?1.1.3.21.1.3.2出口邊界條件出口邊界條件出口邊界

6、條件按充分發(fā)展管流條件處理，所有變量在出口截面處軸向梯度為零，即。這種處理方法對出口截面的選擇要求比較高一般只有當出口0???Z?區(qū)域有一平直段且離開回流區(qū)已經(jīng)較遠時采用。為此在計算中將旋風分離器的出口管路加長，以保證充分發(fā)展條件的成立。1.1.3.31.1.3.3壁面邊界條件壁面邊界條件壁面處采用無滑移邊界條件，默認壁面粗糙度為0.5。壁面效應是旋渦和湍流的主要來源因此近壁區(qū)的處理對數(shù)值求解結(jié)果的準確性有顯著影響。由于在靠近固體壁面的

7、區(qū)域內(nèi)，流底層的粘性作用增強而湍流擴散相對減弱，作用于高雷諾數(shù)下的湍流輸運方程已不能嚴格有效。近壁網(wǎng)格點用標準壁面函數(shù)近似處理。1.1.41.1.4差分格式差分格式在Fluent中，認的差分格式是一階迎風格式。論分析和計算過程中發(fā)現(xiàn)，階迎風格式只具有一階精度的截差，雖然具有良好的收斂穩(wěn)定性，但數(shù)值耗散過大，尤其對于強旋轉(zhuǎn)流，致使結(jié)果產(chǎn)生很大的誤差；二階格式具有較高的數(shù)值計算精度，但二階格式本身具有色散性結(jié)果會產(chǎn)生非物理震蕩，不具有守恒性

8、；QUICK差分格式比前兩種格式都有所改善，保留了結(jié)果的守恒，又使數(shù)值結(jié)果具有二階以上的精度的截差。QUICK差分格式最能準確的預報旋風分離器內(nèi)的流場二階迎風格式只能在某些方面給出好的結(jié)果，另一些方面卻遠偏離實際情況，一階迎風格式由于精度差，根本不能用于旋風分離器這種復雜流場的模擬。因此，本文將采用QUICK格式控制方程的離散。1.1.51.1.5算法算法用FLUENT程序中的離散求解器進行數(shù)值求解的?，F(xiàn)有的對旋風分離器內(nèi)流場的模擬所采