管道进口段流动特性分析

I中国计量学院现代科技学院本科毕业设计（论文）管道进口段流动特性分析Pipeflowcharacteristicsofentrance学生姓名陆海琦学号0630222405学生专业测控技术与仪器班级测控064班系计测工程系指导教师尹招琴中国计量学院现代科技学院II2010年6月郑重声明本人呈交的毕业设计论文，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本学位论文的知识产权归属于培养单位。学生签名：陆海琦日期：III分类号：TP2密级：公开UDC：621学校代码：10356中国计量学院现代科技学院本科毕业设计（论文）管道进口段流动特性分析Pipeflowcharacteristicsofentrance作者陆海琦学号0630222405申请学位工学学士指导教师尹招琴学科专业测控技术与仪器培养单位中国计量学院现代科技学院答辩委员会主席评阅人2010年6月IV致谢本研究及学位论文是在我的导师尹招琴老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。她严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，尹老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持，在此谨向尹老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!再次感谢各位老师和同学，愿你们心想事成！V管道进口段流动特性分析摘要：本次的课题研究主要是了解管道流动的概念及应用，来分析流场湍动特性。首先通过实验测得风机不同频率下的管道进口段速度。熟悉气体管道流动的一般计算，采用商业软件对气体输送系统进行模拟。本课题利用Gambit建立几何模型，将模型导入Fluent进行模拟计算，Tecplot软件进行后处理，计算结果用可视化图形表示出来，进而加以分析和总结。结果表明,在管道中距离风机出口越远，速度分布更加趋向于抛物线形状，接近层流充分发展的流速分布，中心处速度增加，两边速度趋于对称分布。随着风机频率的增加，管道截面平均速度增加，在管道进口4m内，轴向和径向的截面速度变化变大。距出口4m后，速度分布逐渐于抛物线形状，接近层流充分发展的流速分布，中心处速度增加，两边速度趋于对称分布，由于壁面边界层的影响，壁面附近速度降低，边界层随轴向长度厚度不断增加。同时，轴向速度变化率减低，速度在不同截面分布形状更加相近。关键词：管道流动；数值模拟；Fluent软件VIPipeflowcharacteristicsofentranceAbstract：Thesubjectofstudyistounderstandtheconceptandapplicationofpipelineflow，toanalyzetheturbulentflowfieldcharacteristics。First,theexperimentmeasuredatdifferentfrequenciesinthePipelinefanentrancespeed.Familiarwiththegeneralflowofgaspipelinecalculation,usingcommercialsoftwaretosimulatethegastransportsystem.ThesubjectofgeometryusingGambitsetupthemodelsintothesimulationofFluent,Tecplotsoftwarepost-processing,visualizationoftheresultsthatcomeoutwith,andthenanalyzedandsummarized.Theresultsshowthattheexportpipelinefartherfromthefan,thevelocitydistributiontendstobemoreparabolicshape,closetothefullydevelopedlaminarflowvelocitydistribution,thecenterincreasedthespeed,thespeedtendstosymmetricaldistributiononbothsides.Withthefanincreaseoffrequency,channelcross-sectionaverageincreaseinpipelineimports4m,theaxialandradialvelocitychangesincross-sectionlarger.4mawayfromtheexit,thevelocitydistributiongraduallyintheparabolicshape,closetothefullydevelopedlaminarflowvelocitydistribution,thecenterincreasedthespeed,thespeedtendstosymmetricaldistributiononbothsides,duetotheimpactofthewallboundarylayer,nearthewallvelocitydecreases,theboundarylayerwithaxiallengthofthethicknessincrease.Atthesametime,reducetherateofchangeofaxialvelocity,velocitydistributionatdifferentcrosssectionshapemoresimilar.Keywords：Pipeflow；numericalsimulation;FluentsoftwareVII目录摘要................................................................Abstract............................................................目录..............................................................1前言..............................................................1.1引言.........................................................1.2国内外的研究现状.............................................1.3课题基本内容和拟解决的主要问题...............................1.4湍流模型......................................................1.5研究方法.....................................................1.6研究意义.....................................................2理论方法.........................................................2.1控制方程......................................................2.1.1质量守恒方程............................................2.1.2动量守恒方程............................................2.1.3湍流的控制方程..........................................2.2k-模型.....................................................2.3采用方法......................................................2.3.1GAMBIT软件介绍.........................................2.3.2GAMBIT操作步骤.........................................2.3.3FLUENT软件介绍.........................................2.3.4FLUENT操作步骤.........................................3模拟方案介绍.....................................................3.1了解研究区域并生成几何结构....................................3.2划分网格.....................................错误!未定义书签。3.3指定边界类型..................................................3.4采用FLUENT进行求解...........................................4计算结果与分析...................................................4.1风机工作频率为30HZ时流场分析.................................VIII4.2风机工作频率为40HZ时流场分析.................................4.3风机工作频率为50HZ时流场分析.................................4.4风机工作频率为50HZ，待机时流场分析...........................4.5充分发展管道流速分析..........................................5结论...........................................................参考文献............................................................11前言1.1引言管道流动的分析和研究对人类日常生活，工业生产，农业作物都起着极其重要的作用。在许多领域，更多地掌握管道流动的技术，都是很重要的。近年来，随着科学技术的日益发达，管道流动技术发展速度迅速，并且很够在工业，农业领域上更好的发挥它的作用。流体管道是流体传输、传动和控制工程中用以输送流体介质、传递流体动力和信息的不可或缺的元件[1]。在实际管道系统中，由于组成系统的某一元件工作状态的变更(如阀的开度变化、泵的脉动等)或受外界干扰(如负载的变化)，将不可避免地在管道内产生流量和压力的冲击或脉动，形成非恒定流动，引起管内流动的动态过程。流体管道的动态特性对系统的稳定流动的动态过程[2]。流体管道的动态特性对系统的稳定性和可靠性，以及系统中其它元件的正常工作有着很大影响[3]。流体管道动态特性数值模拟具有研究周期短、经费投入少，不受模型尺寸、外界扰动、测量精度限制等优点，其作用相当于在计算机上进行复杂流体试验[4]。数值模拟包含以下几个步骤:①建立反映问题(工程问题、物理问题等)本质的数学模型。具体说就是要建立反映问题各量之间的微分方程及相应的定解条件。牛顿流体流动的数学模型就是纳维一斯托克斯方程及