基于FLUENT的某三通流动阻力系数研究

　　１　问题描述

　　三通是各种管路系统中常见的管件，其流动阻力影响着整个管路系统的取材、设计、施工、投资成本和运行能耗。研究三通及其延长管段的流动阻力对工程设计和节约能源具有指导意义。

　　论文以２５×１．９三通为例研究液态水以０．８ｍ／ｓ～３．０ｍ／ｓ流速流动时各段的阻力系数。如图１，水在内径为２１．２ｍｍ、长５０ｍｍ的管道内流 动，经过等内径三通（截面２－２与截面３－３距 离４５ｍｍ，Ｏ点 与 截 面５－５距 离２４．４ｍｍ），分别流到长度为５０ｍｍ的直管段内。

　　２　理论依据

　　构建稳态流动情况下数学模型，流经管路的液态水满足控制方程如下［１］。

　　连续方程：

　　３　数值模拟

　　３．１参数设置

　　（１）求解器：根据管路特征和需求解参数，选择三维稳态隐式求解器。

　　（２）湍流模型：论文数值模拟的最小流速为０．８ｍ／ｓ，最小雷诺数为

　　属于湍流流动，全部应用湍流模型ｋ－ε方程求解。

　　（３）流体物理属性：设置流域内流体为液态水。

　　（４）操 作 条 件：默 认 三 通 中 心 点 （Ｏ点 ）压 力 为１０１３２５Ｐａ。

　　（５）边界条件：设置１８０度方向一个口（１－１截面）为速度入口边界；分别设置另外两个口（４－４和６－６截面）中一个为自由岀流边界，令一个为壁面边 界，分析一条通路流通时管段的流动阻力系数情况；流通流速分别为０．８ｍ／ｓ、０．９ｍ／ｓ、１．０ｍ／ｓ………２．９ｍ／ｓ、３．０ｍ／ｓ，湍流强度取 值为１％。

　　３．２　模拟数据及整理

　　三通１８０度流通（９０度截止）时，经数值计算后得出数据如表１。流速分别为０．８ｍ／ｓ和３．０ｍ／ｓ时中心截面压力分布云图如图２，流速分布云图如图３。

　　三通９０度流通（１８０度截止）时，经数值计算后得出数据如表２。流速分别为０．８ｍ／ｓ和３．０ｍ／ｓ时中心截面压力分布云图如图４，流速分布云图如图５。

　　表１和表２中“截面１－１与截面２－２间沿程阻力系数ｉ１２”一列数据相差无几。绘制阻力系数随流速变化关系曲线如图6.

　　４　结论

　　根据以上数值模拟结果，可得出以下结论：

　　（１）当三通１８０度流通时，损失系数ζ随着流速的增加呈减小趋势