針對潛艇高壓氣管路中彎管的壓降損失及其等效長度計算問題,采用計算流體力學(xué)（CFD）方法對90°彎管內(nèi)超高壓氣體的流動過程進(jìn)行了數(shù)值模擬。用六面體結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格對流動區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格劃分,通過直接數(shù)值求解由RNG k-ε湍流模型封閉的RANS方程研究管道內(nèi)部流場形態(tài),得到了彎管內(nèi)部的壓力分布與速度分布并捕捉到二次流的生成和發(fā)展過程,計算結(jié)果與其他學(xué)者開展的數(shù)值仿真以及模型實驗結(jié)果相一致。仿真結(jié)果表明,彎管引起的局部壓降會較大程度增加管路的總壓力損失,進(jìn)而影響高壓氣應(yīng)急吹除效率,在潛艇設(shè)計建造階段必須予以重視,同時也驗證了采用RNG k-ε湍流模型模擬彎管內(nèi)超高壓氣體流動特性的可行性及有效性。 

【文章來源】：艦船科學(xué)技術(shù). 2020,42(15)北大核心

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【部分圖文】：

直管部分網(wǎng)格劃分Fig.3Meshofthestraightpipe

劇烈的區(qū)域能夠捕捉到較精確的流動細(xì)節(jié)，對直管段較長的部分沿主流方向采用拋物線型節(jié)點分布規(guī)律，同時對彎管及其附近區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格加密，如圖2所示。采用近壁模型法來求解近壁區(qū)粘性底層及過渡層內(nèi)的流動，第1層網(wǎng)格節(jié)點與端點之間的距離設(shè)為1.5mm，網(wǎng)格增長比率為1.05，如圖3所示。5個算例的網(wǎng)格總數(shù)均為32萬左右，仿真研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)管路長度方向上的網(wǎng)格節(jié)點數(shù)達(dá)到以上設(shè)置密度時，網(wǎng)格的數(shù)值解已經(jīng)達(dá)到了網(wǎng)格獨立解。4計算結(jié)果與分析在實驗方案中設(shè)計了不同彎頭數(shù)的多條管路，其圖1管路及彎頭尺寸參數(shù)Fig.1Dimensionsofthepipeandelbow·94·艦船科學(xué)技術(shù)第42卷

factorversuspolar-angleontheouterwall表1為管路中存在不同數(shù)量的彎頭時，管路入口截面和出口截面的平均靜壓以及氣體在管路中總的沿程壓力損失。通過該表計算可知，此實驗方案中每2個彎頭所產(chǎn)生的局部壓降大約相當(dāng)于0.5m相同直徑的直管所產(chǎn)生的摩擦壓力降，且與無彎管時的沿程壓力損失比較而言，8個90°彎管可額外造成0.8MPa的壓降，這對潛艇高壓氣的應(yīng)急吹除效率來說無疑將造成較大的影響。因此，在潛艇設(shè)計建造階段，應(yīng)對高壓氣管路進(jìn)行合理布局，盡可能少地采用彎管尤其是偏轉(zhuǎn)角度圖2彎管部分網(wǎng)格劃分Fig.2Meshoftheelbow圖3直管部分網(wǎng)格劃分Fig.3Meshofthestraightpipe圖4對稱面上等壓線分布Fig.4Isobaricdistributionofthesymmetryplane第42卷張建華，等：90°彎管對潛艇高壓氣管路沿程壓力損失的影響分析·95·

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號：3250395