【摘要】：流體中加入少量高分子聚合物或者表面活性劑等添加劑可以實(shí)現(xiàn)流體輸運(yùn)過程的減阻,提高輸運(yùn)效率,該現(xiàn)象稱為添加劑減阻。自1948年Toms首次公開發(fā)表添加劑減阻效應(yīng)后,由于其巨大的節(jié)能價(jià)值,添加劑減阻現(xiàn)象受到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛研究,并且有了長足的發(fā)展,在長距離石油管道輸運(yùn)和集中供熱、供冷循環(huán)應(yīng)用上都有著非常大的潛力。由于添加劑減阻流體具有粘彈性,所以又稱為粘彈性流體。目前國際上對于粘彈性流體減阻的研究有理論研究、實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬研究。但是由于粘彈性流體減阻機(jī)理的復(fù)雜性,對其粘彈性特征和減阻機(jī)理的解釋還很模糊,在適用于工程應(yīng)用的數(shù)值模擬方法研究方面也有缺乏。因此,本文基于粘彈性FENE-P模型,編制UDF,應(yīng)用CFD領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的FLUENT流體計(jì)算軟件進(jìn)行數(shù)值模擬研究。本文主要研究內(nèi)容是通過對比相同工況條件下的數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)與物理模型實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比,驗(yàn)證數(shù)值模擬的可行性與準(zhǔn)確性,然后對不同參數(shù)條件下的多種工況進(jìn)行模擬,分析粘彈性FENE-P模型參數(shù)變化對減阻效果的影響,并對粘彈性流體的減阻機(jī)理進(jìn)一步研究。本文首先介紹了粘彈性流體的相關(guān)理論,主要參數(shù)和本構(gòu)方程形式和數(shù)值計(jì)算方法。對粘彈性FENE-P模型的控制方程的張量形式和在笛卡爾坐標(biāo)系下的形式進(jìn)行了推算,并且對FLUENT的UDF理論進(jìn)行了詳細(xì)介紹,并對FENE-P模型在UDF中的編寫做了簡要說明。其次,本文利用FLUENT軟件對平板槽道湍流進(jìn)行數(shù)值模擬試驗(yàn),并與相同工況下的采用相位多普勒測試技術(shù)的物理模型試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比分析,通過對減阻效果,平均軸向流速的分析和與已有研究成果的驗(yàn)證,表明基于粘彈性FENE-P模型對FLUENT軟件的二次開發(fā)進(jìn)行粘彈性流體試驗(yàn)具有科學(xué)性、準(zhǔn)確性和可行性。對牛頓流體水和粘彈性流體120ppm CTAC表面活性劑溶液數(shù)值模擬結(jié)果后處理速度云圖和速度矢量場的分析表明,粘彈性流體的紊流減弱,相對于水的流動,在近壁面處速度猝發(fā)現(xiàn)象減少,湍流一定程度被抑制,橫向的速度脈動衰減,流向速度脈動減少較慢,并且渦旋結(jié)構(gòu)在流向上發(fā)生拉伸,顯示有從左到右的流動的流體,促進(jìn)了能量在軸向上的傳遞,實(shí)現(xiàn)了減阻。最后,對粘彈性FENE-P模型不同參數(shù)變化共11種工況進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算,分別對4種魏森貝格數(shù),4種溶劑粘度比和4種分子拉伸長度的工況的數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行后處理,然后對不同組的減阻效果、平均軸向速度分布曲線、湍動能進(jìn)行對比分析。結(jié)果表明,不同工況的粘彈性流體的減阻效果均小于Virk提出的最大減阻漸近線,牛頓流體湍流的平均軸向速度曲線符合牛頓流體層流曲線,進(jìn)一步驗(yàn)證了模擬結(jié)果可靠性較高。對于粘彈性FENE-P模型參數(shù)變化對減阻效果的影響研究表明,隨著魏森貝格數(shù)(We)增大,粘彈性流體的彈性增大,粘彈性流體的湍流抑制作用增強(qiáng),減阻效果提高;隨著溶劑粘度比(β)增大,對粘彈性流體湍流抑制作用減弱,減阻效果減小;使分子拉伸長度(L)增大,粘彈性流體湍流流場的擬序結(jié)構(gòu)增強(qiáng),減阻效果提高。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O35

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本文編號：2450544