周俊杰_基于AcuSolve的90弯管内二次流的数值模拟

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1、Altair2013技术大会论文集基于AcuSolve的90°弯管内二次流的数值模拟NumericalSimulationforSecondFlowinthe90°BendTubeBasedonAcuSolve周俊杰绳冉冉（郑州大学化工与能源学院河南郑州450001）摘要:本文运用Altair公司的CFD软件AcuSolve对弯管内的流动现象进行数值模拟。研究分析了管内速度和压力分布,对二次流现象及其产生机理进行了定性定量分析，得出雷诺数越大,管内流体旋度越大的结论。o关键词:90弯管AcuSolve数值模拟二次流0A

2、bstract:Numericalsimulationforsecondflowinthe90bendtubeisconductedonbytheCFDsoftwareAcuSolve.Velocityfieldandpressuredistributioninthebendtubeisanalyzedinthepaper.Thesecondflowanditsproducedmechanismisstudied,theconclusionthatthefluidrotationincreaseswiththeincr

3、easingofReisdrawn.oKeywords:90bendtube,Acusolve,numericalsimulation,secondflow1引言[1]管路系统在石油化工、轻工、管道工程、航空航天等诸多领域有着非常广泛的应用。由于受[2-3]弯管弯曲程度、马赫数、流体运动方向等因素的影响,90°弯管的流动特性十分复杂。[4]江山等对圆管内部流场进行了三维数值模拟,对二次流的产生原因和管道内壁压力分布的规[5]律。湛含辉采用CFD技术对不同流态下圆形截面90°弯管内的迪恩涡进行数值模拟,研究了速度[6]场

4、和压力场的分布。朱辉等在不同的迪恩数下对弯管中迪恩涡的运动规律进行数值模拟,研究了径向速度、轴向速度和速度环量的变化。本研究利用Altair公司的CFD软件AcuSolve软件模拟了90°圆形截面弯管内的流动,对管道压力和速度分布进行了分析,重点研究了弯管内的二次流现象及其产生机理,定量比较了弯管内的旋度大小。2数学模型管道内流体为常温下不可压缩的水,通过对连续方程和瞬时Navie-stokes方程时均化,得到直角坐标系下定常不可压缩流体流动的控制方程:ui0xi(1)pui(u)(uu)[

5、u'u']s(2)iijijixxxxtjijj-1-Altair2013技术大会论文集Ui为平均速度，P为平均压强，Si为源项，u'u'为雷诺应力。ijRNGk模型在工程中应用最为广泛,特别是计算强旋流或带有弯曲壁面的流动。该模型应用重整化群方法提出，通过在大尺度运动和修正后的粘度项体现小尺度的影响，从而使这些小尺度运动有系统地从控制方程中去除。RNGk湍流模型的湍动能传输方程为:湍动能k:(k)(ku)ik()Gkeffkxxxtijj(3)湍动耗散

6、率：2()(u)c'i1()Gc'effk2txxxkkijj(4)k2(1/)0icc1'c13(2EE)1/2k/式中，effi，，1，ijij，1uiujE[]ij2xjxi，c0.0845，k1.39，c11.42,4.377,0.0120RNGK模型通过修正湍动黏度,考虑了平均流动中的旋转流动情况;在方程中增加了一项,反映主流的时均应变率。RNGK模型中产生项与流

7、动情况有关,而且在同一问题中是空间坐标的函数。从而RNG模型可以更好处理高应变率及流线弯曲程度较大的流动。3数值模拟3.1物理模型及网格划分物理模型为90°弯曲管道，分成上游直管段、弯曲段和下游直管段二部分。如图2.1（a）所示。管道内径D为0.1m,上游直管段长度为10D,下游直管段长度为50D,弯曲段曲率半径Rc=3D。坐标系原点位于弯管的回转中心,靠近原点为弯管内侧,远离原点为外侧,并定义弯曲段的主流入口截面处极角为0°,弯曲段出口截面处极角为90°。利用Solidworks软件生成计算区域几何体,利用AcuCo

8、nsole软件划分体网格和边界层网格。网格节点数85932，单元数397097如图2.1(b)(c)。（a）物理模型-2-Altair2013技术大会论文集（b）网格划分示意图（c）断面网格示意图图2.1几何模型及网格分布示意图3.2边界条件计算边界条件如下:（1）入口条件为速度入口,分布均匀。入口处的湍流条件k、根据经验公式得