三维湍流数值模拟与其FLUENT流场的分析

　　非圆形域关键灌溉技术的研究和运用主要有三维湍流的理论与实际问题。对三维湍流进行数值模拟和FLUENT流场研究，对提高灌溉技术有着积极的指导作用。

　　1三维湍流数学描述与方程

　　1.1三维瑞流

　　流体主要分湍流与层流两种流动状态。层流时的流体，其质点处于互不渗透和上下分层的状态;流体处于湍流状态时，其质点的运动状态呈彼此混杂、不分层次的涡体旋转状态。

　　1.2三维湍流的数学方程

　　流体运动动力学特征取决于质量守恒定律、动量守恒定律和能量守恒定律。以直角坐标为绝对参照系，则三维湍流的数学方程如式1-1和式1-2所示。

　　三维湍流的连续数学方程为

　　1.3流体三维瑞流的数值模拟与数学分析

　　流体的湍流模型非常复杂，仅能以很多的试验为基础，通过张量分析和量纲分析提出具体推理、估计和假说，然后建立具体模型，再进行试验比较，以此进行修正。

　　2三维湍流计算的建模

　　2. 1调节器的内部结构分析

　　2.1.1具体结构

　　依照非圆形域的喷头调节器结构及不同参数，用P ro/ E构建流道示意图如图1所示。

　　2.1.2分析流动结构方面的因素

　　结构对流体流动特征的影响具体体现在流速分布和压力损失上。影响流动特征的结构方面的因素是过水截面形状与其压力损失。压力损失决定于截面的横截面积、结构和壁厚。

　　2.2不同流道中流动的数学描述

　　运用Realizablek一。湍流模型来描述流道中水流，并对具体湍流模型进行简化，得到不同流道中流动的微分方程和定解条件如式2-2至式2-6所示。

　　流动的连续方程:

　　2.3流场模型

　　2.3.1区域网格划分的计算

　　运用P rolE构建实体三维模型，再导入GAMBIT计算其模型。具体的计算域分为25217个节点和122329个四面体单元格。

　　2.3.2设置具体模型

　　选用Realizable k-。三维湍流模型，采用壁面函数法计算，利用分离式的求解器，非稳态的流动，其速度压力祸合方式运用SIMPLEC，离散格式和欠松弛因子等采用其默认值。

　　3 FLUENT的流场分析

　　对调节器的模型进行CFD数值仿真计算，可获得流动状态，并可采用可视化的速度、压力、速度矢量、湍流动能和能量耗散率等分布来分别表示。

　　3.1过水截面min时的流场可视化

　　当过水截面min时，其流道关于Y轴轴对称，采用二维图来表示。图2是过水截面min时流场的压力、速度、湍流动能和能量耗散率等的分布情况。