1、中國圖書分類號：O351.2國際圖書分類號：624.121工學碩士學位論文低雷諾數(shù)圓管突擴流場的數(shù)值模擬及阻力特性分析碩士研究生：張蓓導師：伍悅濱教授申請學位：工學碩士學科、專業(yè)：流體力學所在單位：市政環(huán)境工程學院答辯日期：2007年7月授予學位單位：哈爾濱工業(yè)大學哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文I摘要管道的壓力損失計算是管道系統(tǒng)設(shè)計運行中一項非常重要的任務(wù)。管道中的壓力損失可分為兩類：沿程損失和局部損失。通常在湍流情況下，圓管內(nèi)突擴流動

2、的局部損失系數(shù)可近似認為是截面突擴比的函數(shù)，并且可以通過實驗測量出局部損失系數(shù)的大小。然而，對于高粘性流體介質(zhì)或在微小通道中的流動，雷諾數(shù)較小，流動可能處于層流狀態(tài)。此時，局部損失系數(shù)不僅和突擴比有關(guān)而且在很大程度上還受雷諾數(shù)影響。因而，將現(xiàn)有的湍流狀態(tài)下的局部損失系數(shù)應(yīng)用于層流時就缺乏一定的準確性。在已有文獻中，關(guān)于圓管層流狀態(tài)突擴流場的局部損失系數(shù)僅限于管道中流體速度的一維分布。而實際上當流動處于充分發(fā)展階段時，粘性力作用所造成的速

3、度分布影響是不能忽略的。本文針對雷諾數(shù)在200以內(nèi)的層流，突擴比為1.5，2，3，4，5時的流場進行了數(shù)值模擬，并分析了各種情況下的阻力系數(shù)。文中通過有限體積法求解牛頓流體在軸對稱突擴管內(nèi)層流的NS方程，應(yīng)用Ftran90編寫的基于交錯網(wǎng)格的SIMPLER算法對方程進行了求解。數(shù)值模擬的結(jié)果以回流區(qū)長度為定量的考核參量并與已有的實驗數(shù)據(jù)進行了比較，得到了很好的吻合結(jié)果。從而驗證了數(shù)值計算方法及計算結(jié)果的可信性，為進一步用此計算結(jié)果分析阻

4、力特性奠定了的基礎(chǔ)。計算結(jié)果表明：當雷諾數(shù)較小，粘性力對流動起主要作用時，局部損失系數(shù)和雷諾數(shù)成明顯的反比關(guān)系，隨突擴比的影響較小。當雷諾數(shù)逐漸增大時，局部損失系數(shù)隨突擴比的變化愈發(fā)明顯。當雷諾數(shù)進一步增大時，局部損失系數(shù)隨雷諾數(shù)的變化很小，并逐漸趨于常數(shù)。FLUENT軟件的模擬結(jié)果顯示，當雷諾數(shù)維持在一定范圍內(nèi)，即Re200，經(jīng)過足夠長時間，當流動達到穩(wěn)定狀態(tài)后，突擴截面后存在唯一的回流區(qū)，并且回流區(qū)中只有一個旋渦，流場具有軸對稱特性