非圆变截面管道流场的数值仿真

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1、机械设计与制造第1期206MachineryDesign&Manufacture2012年1月文章编号：1001—3997(2012)Ol一0206-02非圆变截面管道流场的数值仿真木张新奇段明德杜峰(河南科技大学机电工程学院，洛阳471003)。NumericaIsimulationofflowfieldinnon—circularvariablecrosssectionpipelineZHANGXin—qi，DUANMing-de，DUFeng(SchoolofMechatronicsEngin

2、eering，He’nanUniversityofScienceandTechnology，Luoyang471003，China)【摘要】管流式动海水腐蚀试验装置主要用于模拟材料长时间浸泡在海水中，受海水冲刷的腐蚀情况。若其过渡段的形状、尺寸设计不合理将会严重影响试验数据的准确性和可靠度，且极易导致试验装置管壁发生空化气蚀现象，缩短试验装置的使用寿命。运用计算流体力学软件Fluent对非圆变截面管道内流场进行了数值仿真和研究。结果表明，过渡段的长度对管道内介质流速影响不大，而对管道接口处气蚀现象影

3、响较大。将分析结果应用于某企业管流式动海水腐蚀试验装置的设计生产中，取得了良好的使用效果。关键词：非圆变截面；数值仿真；气蚀；流场【Abstract】Theseawatercorrosiontestdeviceofpipeflowtypeismainlyusedforsimulatingthecor-rosionconditionofmaterialssoakedintheseawaterforalongtime．Irrationaldesignfortheshapeandsizeoftransit

4、ionsectiononthistestdevicewouldseriouslyayecttheaccuracyandreliabilityoftheexperimen-taldatas，andeasilyleadtothepipewallcavitation．Inthatway，servicelifeofthetestdevicewillbeshort-ened．Theflowfieldinthenon-circularlyvariablecrosssectionwillbesimulatedby

5、FluentSoftwareinit，whichresuhsindicatethatthelengthofthetransitionsectionhasalittleeffectOntheflowrateofmediuminthepipeline，whilethepipelineinterfaceisinfluencedseriously．Theanalyzingresultshallbeappliedtotheseawatercorrosiontestdeviceofpipeflowtypeina

6、nenterpriseandgoodresuhswillachieved．Keywords：Non-circularvariablecrosssection；Numericalsimulation；Cavitation；Flowfield中图分类号：THl6文献标识码：A1引言2计算条件管流式动海水腐蚀试验装置以其易于控制和测量流体的流对过渡段进行的是动态分析，在数值计算中，对模型作如下动特性，试验中流体固体颗粒分布均匀，试验结果易于解释说明的解析假定；(1)流动介质为海水，其参数，如表1所示。(2

7、)流体为牛顿流体(即随流体速度梯度变化，运动粘度不变)。(3)参数确等特点，被广泛应用于流动海水中的材料腐蚀试验。该试验装置定：由计算可得，该模型中的雷诺数Re一4．1x105，远大于临界雷试验区由多个流速试验段组成，每个试验段均为矩形截面管道，诺数Re(2000—3000)，因此模型中海水的流动状态为湍流，本算每两个试验段间由过渡段连接，如图1所示It]。如果过渡段的形例选用k-e湍流模型。对于不可压缩的流体，湍动能k和湍流耗状、尺寸设计不合理则会影响试验数据的准确性与可靠度，且管散率的输运方程如

8、下[21。壁易发生空化气蚀现象，进而影响试验装置的使用寿命。因此过表1流动介质计算参数渡段的设计对于整个装置来说尤为重要。0P=一＼Ok)+Gk-p8(1)p鲁：鲁等)．4-C1~}Gk-C2~叩}一R(2)图1管流式动海水腐蚀试验装置示意图式中：：一湍动能；s一湍流耗散率；G—体现了o'Uo'／Z目前还未见对于非圆变截面管道内流体流动特『生数值仿真的研究报道。采用数值仿真的方法，利用有限元分析软件Fluent湍动能的产生，其表达式为G：俩。(4)求解器选用SIMPL