270_内切入口长圆管内旋转流的模拟分析研究

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1、内切入口长圆管内旋转流的模拟分析研究东华大学环境科学与工程学院孙明明沈恒根刘钰天摘要管道内旋转流可以增强流体的湍流特性，减薄流动边界层，强化传热。切向入口衰减性旋转流具有结构简单，流动阻力小的优点，但旋流强度会随着流线衰减。本文建立了具有内芯加强型旋流器的模型，通过改变内芯直径，及增加内芯锥形端头，利用RSM湍流模型，雷诺应力方程压力应变项采用IPCM+wall模型，对内切入口长圆管内旋转流进行数值模拟分析。得到了管内流动随内芯结构的变化规律，结果表明带端头的内芯长度L=2D，内芯直径R=1/2D时对衰减性旋转流流动有最好的增强作用。关键词旋转流内芯内部流场数值模拟Re

2、searchonRotatingflowinlong-tubewithtangentialinletsbysimulationSunMingming,ShenHenggen，LiuYutian(Donghuauniversity,shanghai,china)AbstractSimplestructureandlowflowresistancearetheadvantagesofthedecayrotatingflowwithtangentialinlets.However,theswirlintensitywoulddecayastheflowline.Thepape

3、restablishedamodelofthehydrocycloneenhancedbyinnercore.itusedtheturbulencemodelofRSMwhichthepressurestrainitemsinReynoldsstressequationadoptedtheIPCM+wallmodeltoanalysistherotatingflowinlong-tubewithtangentialinletsbychangingthediameteroftheinnercoreandAddacone-shapedinnercoreEnd.Itgotth

4、evariationofthepipeflowwithinthestructureoftheinnercore.ItshowsthatwhenthelengthoftheinnercoreisL=2D,thediameteroftheinnercoreisR=1/2D,theinnercorehasthebestenhancementtothedecayrotatingflowwithtangentialinlets.KeywordsRotatingFlow,InnerCore,InnerFlow,NumericalSimulation1前言旋转分离技术在颗粒分离、除尘

5、净化等场合已经得到了广泛应用，并产生了一系列的颗粒分离捕集机理模型，如转圈理论、筛分理论、边界层分离理论、传质理论等，其中20世纪70年代提出的边界层分离理论考虑了紊流扩散的影响，认为旋转分离近壁处的边界层内是层流流动，只要颗粒在离心效应下进入此边界层就可以被分离捕集下来[1]。旋转流同时存在着轴向、切向和径向速度分量，是涡线和流线重合的一种特殊流动[2]。旋转分离设备中内芯的增加可以加快颗粒向边界层运动的速度，改善通道内的气流组织，增强换热等优点。近年来，许多学者采用不同湍流模型来对旋转湍流流动进行了数值计算与研究[3-5]：王海刚[5]用标准k−ε、RNGk−ε和R

6、SM模型（压力应变项SSG模型）进行的数值模拟表明，雷诺应力模型预报值与实验结果最为接近，但雷诺应力的模拟结果未与实验结果进行对比。陆耀军、周力行等[7]分别用标准k−ε、RNGk−ε和雷诺应力（RSM）模型对水力旋流分离器内湍流场进行了数值模拟，其中对RSM模型中的压力应变项采用GL模型，与LDV实测值的对比，发现只有雷诺应力模型的模拟结果和实验值接近。清华大学胡王乐元，周力行[7]等人通过将实验模拟与LDV实测值的对比，表明修正的IPCM＋wall模型对时均流场和湍流特性的预报结果与实测值的吻合比其他模型的好，建议用于强旋流湍流流动的模拟。本文采用切向入口气旋，应用

7、Fluent6.3对具有内芯的旋流器内的流动情况进行模拟，通过改变内芯长度、内芯半径，增加内芯端头，比较分析不同状况下旋转分离器的气流状况，为旋转分离装置的设计及应用提供必要的依据。2计算模型2.1物理模型及网格划分物理模型选择管道直径D=1000mm，长度L=20D；单向侧部方形进口m×n=1000×250mm2；内芯长度选择H=D，2D，3D，4D，5D五个尺寸，内芯端头为圆锥形，顶部最大夹角为α=60º见图1。网格划分时将内芯端头，局部加密，进口网格：Elements—Hex/Wedge，Type—Cooper；管道内部选择四面体网