該文針對(duì)水洞拐角流場(chǎng)分布不均產(chǎn)生的分離和對(duì)流問(wèn)題,利用計(jì)算流體力學(xué)軟件（Fluent）對(duì)水洞第四拐角的流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬,分析導(dǎo)流片數(shù)量、分布方式和厚度對(duì)拐角出口的流場(chǎng)均勻性及能量損失的影響。模擬結(jié)果表明:流場(chǎng)均勻性最佳時(shí),導(dǎo)流片數(shù)量和厚度應(yīng)滿足數(shù)學(xué)模型;隨著導(dǎo)流片數(shù)目增加或?qū)Я髌穸燃雍?能量損失均增大;導(dǎo)流片等間距布置時(shí)的流場(chǎng)均勻性優(yōu)于等動(dòng)量布置,兩者造成的能量損失無(wú)明顯差異。 

【文章來(lái)源】：水動(dòng)力學(xué)研究與進(jìn)展（A輯）. 2019,34(03)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：6 頁(yè)

【部分圖文】：

拐角對(duì)稱面Fig.1Thesymmetryplaneofelbowbend

諶童，等：導(dǎo)流片對(duì)水洞等截面拐角流場(chǎng)影響的數(shù)值研究397模型相比，RNGK-ε湍流模型可以更好地處理高應(yīng)變率以及流線彎曲程度較大的流動(dòng)。在模型中的k方程和ε方程的表達(dá)式為[12]：ikeffkijjkkukGtxxx(3)ieffijjutxxx*212kCGCkk(4)式中：μeff=μ+μt，表示有效黏性系數(shù)；μt=ρCμk2/ε，表示湍動(dòng)黏度；Cμ、C1ε和C2ε為RNGK-ε湍流模型的模型常數(shù)，其值為Cμ=0.0845,C1ε=1.42,C2ε=1.68。1.3數(shù)值方法采用有限體積法對(duì)控制方程進(jìn)行離散化處理，參見(jiàn)圖2，并選用SIMPLE算法。進(jìn)口為流體均勻地進(jìn)入管道中，初始速度為0.5m/s（雷諾數(shù)為Re=2.246×106），出口為壓力出口，固體壁面上采用無(wú)滑移條件，湍流模型采用RNGK-ε模型，近壁面采用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)處理，收斂精度均設(shè)置為10-5,其它選用缺省設(shè)置。其中雷諾數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：dURe(5)式中：d為水力直徑，U為來(lái)流平均速度，ρ為水的密度，μ為水的動(dòng)力黏度。圖1拐角對(duì)稱面Fig.1Thesymmetryplaneofelbowbend1.4結(jié)果驗(yàn)證為了驗(yàn)證RNGK-ε湍流模型的適用性，計(jì)算得出無(wú)導(dǎo)流片時(shí)彎管外側(cè)壁面上壓力系數(shù)CP隨θ的變化關(guān)系，并與Taylor[2]和丁玨等[5]的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。其中CP=(P-Pref)/(ρu02/2)，Pref是θ=0°，r*=0，z*=0位置處的參考?jí)毫?u0為來(lái)流速度。r*為無(wú)量綱的徑向位置，r*=(r-ro)/(ri-ro)，r為曲率半徑，ro=550mm為外壁曲率半徑，ri=100mm為內(nèi)壁曲率半徑；z*為無(wú)量綱的展向位置，z*=z/z1/2；z1/2為彎管寬度的一半。對(duì)比結(jié)果如圖3所示，雖然三組數(shù)據(jù)存在一定的差異，但總體基本吻合，這是由于拐角曲率直徑比與雷諾數(shù)存在差異所致。同時(shí)，計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)在拐角出口截面上出現(xiàn)了二次流（如圖4），即拐角上下?

諶童，等：導(dǎo)流片對(duì)水洞等截面拐角流場(chǎng)影響的數(shù)值研究397模型相比，RNGK-ε湍流模型可以更好地處理高應(yīng)變率以及流線彎曲程度較大的流動(dòng)。在模型中的k方程和ε方程的表達(dá)式為[12]：ikeffkijjkkukGtxxx(3)ieffijjutxxx*212kCGCkk(4)式中：μeff=μ+μt，表示有效黏性系數(shù)；μt=ρCμk2/ε，表示湍動(dòng)黏度；Cμ、C1ε和C2ε為RNGK-ε湍流模型的模型常數(shù)，其值為Cμ=0.0845,C1ε=1.42,C2ε=1.68。1.3數(shù)值方法采用有限體積法對(duì)控制方程進(jìn)行離散化處理，參見(jiàn)圖2，并選用SIMPLE算法。進(jìn)口為流體均勻地進(jìn)入管道中，初始速度為0.5m/s（雷諾數(shù)為Re=2.246×106），出口為壓力出口，固體壁面上采用無(wú)滑移條件，湍流模型采用RNGK-ε模型，近壁面采用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)處理，收斂精度均設(shè)置為10-5,其它選用缺省設(shè)置。其中雷諾數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：dURe(5)式中：d為水力直徑，U為來(lái)流平均速度，ρ為水的密度，μ為水的動(dòng)力黏度。圖1拐角對(duì)稱面Fig.1Thesymmetryplaneofelbowbend1.4結(jié)果驗(yàn)證為了驗(yàn)證RNGK-ε湍流模型的適用性，計(jì)算得出無(wú)導(dǎo)流片時(shí)彎管外側(cè)壁面上壓力系數(shù)CP隨θ的變化關(guān)系，并與Taylor[2]和丁玨等[5]的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。其中CP=(P-Pref)/(ρu02/2)，Pref是θ=0°，r*=0，z*=0位置處的參考?jí)毫?u0為來(lái)流速度。r*為無(wú)量綱的徑向位置，r*=(r-ro)/(ri-ro)，r為曲率半徑，ro=550mm為外壁曲率半徑，ri=100mm為內(nèi)壁曲率半徑；z*為無(wú)量綱的展向位置，z*=z/z1/2；z1/2為彎管寬度的一半。對(duì)比結(jié)果如圖3所示，雖然三組數(shù)據(jù)存在一定的差異，但總體基本吻合，這是由于拐角曲率直徑比與雷諾數(shù)存在差異所致。同時(shí)，計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)在拐角出口截面上出現(xiàn)了二次流（如圖4），即拐角上下?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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