湍流模型在圆管螺旋流场模拟中的应用与对比.pdf

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1、第44卷第9期2016年9月化学工程CHEMICALENGINEERING(CHINA)V01．44No．9Sep．2016湍流模型在圆管螺旋流场模拟中的应用与对比蒋明虎，徐保蕊，赵立新(东北石油大学机械科学与工程学院，黑龙江大庆163318)摘要：基于计算流体动力学分析软件Fluent，分别采用标准k-6模型、RNGk-e模型、Realizable七一占模型及雷诺应力方程模型(RSM)4种湍流模型，对环空圆管内螺旋流单相流体流动进行模拟。重点分析了不同湍流模型计算的速度、速度矢量及涡量场分布，得

2、出在模拟螺旋流道内强旋流方面，RSM具有更为明显的优势。利用量纲一分析方法将数值模拟结果与其他研究者的PIV实测结果对比，验证了RSM数值模拟结果的准确性。从量纲一压力随轴向位置变化曲线来看，环空圆管螺旋分离器虽然结构简单，但依然存在较为复杂的湍流流场分布，如何形成高效、稳定的分离流场是接下来研究的重点。关键词：环空圆管；螺旋流；数值模拟；湍流模型；流场；量纲一分析中图分类号：TQ021．1文献标识码：A文章编号：1005-9954(2016)09-0038-06DOI：10．3969／j．iss

3、n．1005-9954．2016．09．008Applicationandcomparisonofvariousturbulencemodelsinsimulationofpipespiral-flowfieldJnNGMing-hu，XUBao-rui，ZHAOLi·xin(SchoolofMechanicalScienceandEngineering，NortheastPetroleumUniversity，Daqing163318，HeilongjiangProvince，China)Abs

4、tract：BasedoncomputationalfluiddynamicsanalysissoftwareFLUENT，thestandardI

5、}一占model，RNGk-emodel，Realizable知．占modelandtheReynoldsstressmodel(RSM)wereusedtosimulatetheflowfieldofthesinglephasefluidflowintheannuluspipe．Thevelocity．thevelocityvectorandthe

6、vorticityfielddistributionofvariousturbulencemodelswereanalyzed．TheRSMhadmoreobviousadvantageinthesimulationoftheswirlingflowfieldinthespiralflowchannel．Thenumericalsimulationresultswerecomparedwiththeresultsofotherresearchersbyusingthedimensionalanal

7、ysismethod，andtheaccuracyoftheresuhsofRSMwasverified．FromthechangingcurveofdimensionalpressureP+withaxialpositionz+。althoughthestructureoftheannularpipeissimple，butstillthereisamorecomplicatedturbulentflowfield．Howtoformanefficientandstableseparationf

8、lowfieldisthekeypointofthenextstudy．Keywords：annularpipe；spiralflow；numericalsimulation；turbulencemodel；flowfield；dimensionalanalysis螺旋流动是实际工程实践中广泛存在的一种特殊流体运动现象，所谓螺旋流，是指同时存在轴向及切向速度分量¨J。螺旋流可分解成轴向流动与强制涡流，是涡线与流线重合的一种特殊流动旧圳。目前利用管道螺旋流开展分离目的应用研究较多的是螺旋气液分离器，

9、如李成华、王庆伟、付静等针对井下油管空间分别开展了井下螺旋分离器气液两相分离结构设计及试验研究M剖。螺旋式分离器具有分离效率高，机械结构紧凑、体积小等优点。在圆管螺旋分离器的内部旋转流场内，由于同时存在流体旋转和流线弯曲，甚至可能存在回流，使得研究者在进行数值模拟分离器内流场研究时，会根据湍流模型的适应范围及研究对象不同而选择不同的湍流计算模型。卜10J。但各研究者在研究圆管内螺旋流道流场选用湍流计算模型时，只是进行了相关输运方程、湍流计算方法描述及各自适用范围的收稿13期：201