本文選題：彎管　切入點：大渦模擬　出處：《陜西師范大學》2015年碩士論文

【摘要】：科技飛速發(fā)展,現(xiàn)代化進程日新月異,管道系統(tǒng)已被廣泛地應用于供水、供暖、輸油等領域,這些管道系統(tǒng)保障了人民的正常生活,使國家的經(jīng)濟,科技等方面有了快速的發(fā)展。此外,船舶業(yè)中充液管路已廣泛的應用在液壓、石油等許多領域中。管道系統(tǒng)中存在許多彎管,而彎管中流體的流動,一直是流體力學領域關注的焦點之一。彎管憑借節(jié)省空間,流體輸送,熱量交換等優(yōu)點被廣泛應用于工農(nóng)業(yè)、航空、船舶等領域。隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)效率不斷地提高,石油、化工、水力等大量使用含彎管的管道系統(tǒng)屢見不鮮,而管道系統(tǒng)設計的合理性在這些領域的管理和經(jīng)營中起著決定性作用。因此,對彎管中流體流動機理的了解,推動了流體力學的發(fā)展,促進了其在工程上的應用。近年來,計算機軟件飛速發(fā)展,數(shù)值模擬技術憑借效率高,成本低,應用廣,適應性強等優(yōu)點,得到了諸多研究者的青睞。本文主要運用Fluent軟件中的大渦模擬方法對彎管內(nèi)液態(tài)水的湍流流動進行了數(shù)值模擬研究,然后對聲學類比方程進行求解,獲得監(jiān)測點的所有聲壓信號,并利用Fluent14.5中的SIMPLE算法實施計算,最后對算出的聲壓信號及流場中的流動情況進行分析和研究。本文重點研究了以下三個方面,它們分別為：1.首先介紹了湍流的性質(zhì)和方程,其次給出了大渦模擬的原理和控制方程及渦聲理論、聲學類比法,然后給出了流體動力學方程和流場數(shù)值模擬的計算方法。依據(jù)這些理論對彎管進行幾何模型的建立和網(wǎng)格的劃分。利用數(shù)值計算方法中的fluent對90°彎管內(nèi)的流場和聲場進行研究。計算出的結(jié)果表明：(1)在t=7.0×10-2(s)時,隨著角度θ不斷增加,彎管中各個面的渦旋越來越明顯,且出現(xiàn)的渦旋由彎管的外壁向內(nèi)壁移動。鑒于二次流的影響,彎曲段的外壁面的壓力比內(nèi)壁面的壓力大,外壁面的速度比內(nèi)壁面的速度�。�(2)在0=900截面上,隨著時間的不斷變化,同一橫截面速度場中的渦經(jīng)歷了一系列的變化,最終速度場保持穩(wěn)定；(3)在二次流的作用下,流場出現(xiàn)了渦旋,其相互之間融合或分裂時出現(xiàn)聲壓,聲壓在整個過程中先產(chǎn)生小波動,然后在大渦的相互作用下產(chǎn)生較大的聲壓,最后流場處于穩(wěn)定的同時聲場也趨于穩(wěn)定。在0=0°～90°截面上,聲壓峰值呈遞增的趨勢,0=90°時達到最大值,該截面上產(chǎn)生的聲壓值最大。2.運用Fluent軟件數(shù)值模擬計算圓形截面的900彎管。彎管的湍流帶有旋轉(zhuǎn)流動結(jié)構(gòu),會促進渦的出現(xiàn)。渦和渦之間的相互作用會對彎管中的聲場造成一定的影響。從模擬結(jié)果可知：(1)由于液態(tài)水進入彎管后出現(xiàn)湍流,湍流渦之間發(fā)生強烈的相互作用產(chǎn)生聲壓,管中的聲壓隨時間不斷的變化。在0.1s前,聲壓振幅出現(xiàn)波動；在0.1s后,管中的聲壓基本不再發(fā)生變化。入口壓力逐漸變大的過程中,管中聲壓隨時間變化規(guī)律并未發(fā)生改變。(2)當彎管半徑不發(fā)生變化時,聲壓峰值與聲壓穩(wěn)定值隨著入口壓力的增加而增加。(3)當入口壓力一定時,隨著彎管半徑不斷的增大,聲壓峰值依次呈遞減趨勢,而聲壓穩(wěn)定值也一直處于下降趨勢。3.采用Fluent軟件對不同彎曲程度的彎管出口聲場進行了研究。探究了彎管的彎曲程度與出口聲壓之間的關系。保持外界條件不變,從固定曲率半徑不變和固定彎曲部分長度不變的兩方面來進行研究,觀察彎管從300到180°的變化過程中,彎曲度0與出口聲壓之間的關系。從模擬結(jié)果知：(1)若曲率半徑不變,彎管彎曲程度0從300～1800的變化過程中聲壓峰值依次呈遞增趨勢,此外,聲壓穩(wěn)定值的總體趨勢也呈上升趨勢。(2)當彎管彎曲部分長度不變時,隨彎管彎曲度θ的增大,聲壓峰值的總體增長趨勢依次遞增,聲壓穩(wěn)定值也一直在增大。
[Abstract]:This paper studies the turbulent flow of liquid water in the elbow by using the method of large eddy simulation in the field of hydraulic and petroleum .
( 2 ) At 0 = 900 section , the vortex in the same cross section velocity field experienced a series of changes over time , and the final velocity field remained stable ;
( 3 ) Under the action of secondary flow , the flow field has a vortex . The sound pressure is generated during the whole process , and the sound pressure reaches the maximum at the time of 0 = 0 擄 锝，

本文編號：1671162