基于FLUENT軟件的高雷諾數(shù)下復(fù)合圓柱體繞流的數(shù)值模擬研究.pdf

1、數(shù)值模擬軟件的誕生是科研領(lǐng)域的一個(gè)突破性的發(fā)展，軟件成了理論和實(shí)驗(yàn)的直接橋梁，理論指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)完善理論，一些復(fù)雜的問題可以借助數(shù)值模擬軟件來實(shí)現(xiàn)。
　　筒裝料管道水力輸送作為一種新型的管道水力輸送方式，其核心結(jié)構(gòu)是復(fù)合圓柱體。本文結(jié)合國(guó)家自然科學(xué)基金“管道縫隙螺旋流水力特性研究(51109115)”和“管道列車水力輸送能耗研究(51179116)”，以平直管段中復(fù)合圓柱體同心靜止于管道中時(shí)的流場(chǎng)為研究對(duì)象，采用數(shù)值模擬方法對(duì)高雷

2、諾數(shù)下復(fù)合圓柱體繞流流場(chǎng)進(jìn)行研究，并通過試驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證。得到的主要成果如下:
　　1、單復(fù)合圓柱體繞流情況
　　(1)對(duì)復(fù)合柱體靜止?fàn)顟B(tài)的受力情況進(jìn)行了分析，得出復(fù)合柱體在靜止?fàn)顟B(tài)下主要受到壓差力和剪切力的作用，隨著直徑比的增大，壓差力越大，復(fù)合柱體越容易起動(dòng)。
　　(2)將模擬管段劃分為上游段、縫隙段和下游段，上游段又分為不受影響區(qū)和受影響區(qū)，不受影響區(qū)的斷面流速符合普朗特指數(shù)分布，影響區(qū)的上游1-1斷面和2-2斷

3、面從管道中心到管壁流速都是先增大然后驟降，相比于1-1斷面，2-2斷面的速度變化曲線斜率變大，速度增大地越快，上游3-3斷面流速分布非常不均勻，流速梯度大。
　　(3)縫隙段斷面的軸向速度沿任一支腳的中心軸線均呈對(duì)稱分布，從圓柱體外壁到管壁軸向速度先增大后減小，最大值出現(xiàn)在距離管壁約4mm處。隨著直徑比的增大，環(huán)狀縫隙內(nèi)的軸向速度增大，流速梯度越大，分布越不均勻，變化趨勢(shì)越接近線形，最大值出現(xiàn)的位置向圓柱體外壁移動(dòng)。
　　(

4、4)縫隙段前斷面的徑向速度基本呈現(xiàn)環(huán)狀分布，從圓柱體外壁到管壁徑向速度先增大后減小，最大值出現(xiàn)在靠近圓柱體外壁的縫隙內(nèi)，并且隨著直徑比的增大，最大值出現(xiàn)的位置遠(yuǎn)離圓柱體外壁，中斷面的徑向速度分布比較均勻，且為負(fù)值，后斷面上除支腳區(qū)域外分布較為均勻，且為正值。
　　(5)與軸向速度相比，周向速度要小2-3個(gè)數(shù)量級(jí)，所以環(huán)狀縫隙流的周向運(yùn)動(dòng)可以忽略不計(jì)。
　　(6)通過對(duì)軸向速度和徑向速度的模擬值與實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較，得出運(yùn)用FLU

5、ENT模擬高雷諾數(shù)下環(huán)狀縫隙內(nèi)水流的運(yùn)動(dòng)特性是可行的。
　　(7)通過計(jì)算得出復(fù)合柱體前、后斷面的局部阻力系數(shù)與直徑比成指數(shù)關(guān)系，而且存在一個(gè)直徑比臨界值kε，當(dāng)k＜kε，前斷面局部水頭損失大，當(dāng)k＞kε，后斷面局部水頭損失大，kε約等于0.75。
　　(8)下游段出現(xiàn)尾渦，把下游段分為三部分，下游1-1斷面的流速梯度較大，從管道中心到管壁流速先減小后增大再驟降，下游2-2斷面管道中心區(qū)域與縫隙區(qū)域之間的流速很小，從管道中心

6、到管壁也是先減小后增大再驟降，下游3-3斷面的流速分布較為均勻，分布規(guī)律逐漸趨于管道水流分布。
　　2、雙復(fù)合柱體繞流情況
　　(1)對(duì)雙復(fù)合柱體靜止?fàn)顟B(tài)的受力情況進(jìn)行分析，得出雙柱體的臨界間距se在40cm-50cm之間。
　　(2)同一間距時(shí)，存在一個(gè)臨界面—圓柱體外壁面，臨界面以內(nèi)區(qū)域，兩柱體之間的水流速度較小，管道水流較大，臨界面以外，兩柱體之間的水流速度變大，而管道水流較小。
　　(3)間距越大，兩柱體