数值模拟步骤Word文档下载推荐.docx

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其主要用途是对流态进行数值仿真模拟计算，因此，CFD技术的用途十分广泛，可用于传质、传热、动量传递及燃烧等方面的研究。

流体机械的研究中多用CFD方法对分离器进行仿真模拟，其基本应用步骤如下：

1）利用Gimbit进行前处理

a.根据分离的形状、结构及尺寸建立几何模型；

b.对所建立的几何模型进行网格划分；

2）利用Fluent进行求解

a.确定计算模型及材料属性；

b.对研究模型设置边界条件；

c.对前期设置进行初始化，选择监视器，进行迭代计算；

3）利用Fluent进行后续处理，实现计算结果可视化及动画处理。

上述迭代求解后的结果是离散后的各网格节点上的数值,这样的结果不直观。

因此需要将求解结果的速度场、温度场或浓度场等用计算机表示出来，这也是CFD技术应用的必要组成部分。

利用CFD方法进行仿真模拟可以对分离器的结构设计及参数选择作出指导，保证设计的准确度，也可以为分离器样机的试验提供理论参考。

由于CFD仿真模拟的广泛使用及其重要性，国内外很多学者，如MarkDTurrell、M.Narasimha、师奇威等都对其进行了研究，尤其是A.F.Nowakowski及DanielJ.SUASNABAR等人]对CFD技术在旋流器模拟方面的应用做了详细的介绍，这些工作对CFD技术的发展起到了积极的促进作用。

2、控制方程

流体流动要受物理定律的支配，基本的守恒定律包括：

质量守恒定律，动量守恒定律、能量守恒定律。

如果流动处于湍流状态，系统还应要遵守附加的湍流输运方程。

1、基本假设

（1）鉴于我国各主力油田采出液含水已达到80％以上，故以水代替采出液进行分析计算；

天然气的主要成分是是甲烷，故采用甲烷的替代天然气的性质；

（2）在工作状态下，流动不随时间变化，流动为稳态；

（3）水在管内的流动可以简化成二维流动；

（4）不考虑温度的影响，服从绝热流动基本方程。

2、基本控制方程

（1）连续性方程

在直角坐标系下的质量守恒方程又称连续性方程：

（1-1）

（2）动量方程：

（1-2）

式（1-1，1-2）中u为流体速度，下标i表示方向，上标“＇”表示脉动值，上标“-”代表对时间的平均，μ为动力粘度，p为流体微元体上的压力。

由于RNGk-ε模型在工程流场计算中具有诸多优势，故对结构内部的数值模拟采用RNGk-ε模型进行。

RNGk-ε模型是改进的标准k-ε模型，其原理是用紊动能k和紊动能耗散率ε来表示流体湍流粘性系数，而流体的有效粘性系数即是流体分子粘性系数和湍流粘性系数之和。

k方程和ε方程分别为：

（1-3）

（1-4）

其中：

（1-5）

RNGk-ε模型通过修正湍流粘度，考虑了平均流动中的旋转和旋流流动情况，在ε方程中增加了一项，从而反映了主流的时均应变率Eij，这样，RNGk-ε模型中产生项不仅与流动有关，而且在同一问题中也还是空间坐标的函数。

故RNGk-ε模型可以更好的处理高应变率及流线弯曲程度较大的流动。

3、网格划分

借助gambit软件对直管段划分结构网格，对非直管段划分非结构网格。

四种结构的网格划分如图所示：

结构一结构二

结构三结构四

5、模型的选择及边界条件的确定

应用多相流中的欧拉模型；

控制方程采用RNGk-ε模型；

入口边界条件设置为速度入口，出口边界条件设置为自由出流；

由于入口两相中含夜体积分数极小，湍动粘度影响远大于重力，固忽略重力的影响；

湍流强度设置为10%,水力直径为圆管内流道截面直径。

6模拟结果分析

6.1结构一的模拟

1）入口流速3m/s,液相体积分数分别为：

0.001%、0.003%、0.005%

三种情况气相浓度场分布如图所示：

三种情况速度场分布如图所示：

2）固定液相浓度为0.003%,变入口速度分别为：

1m/s、3m/s、5m/s。

气相浓度场分布如图所示：

三种情况速度场分布如图所示

6.2结构二

入口流速3m/s,液相体积分数分别为：

0.001%、0.003%、0.005%。

6.3结构三

：

6.4结构四

（注：

可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!

）