文章编号：1001-3997（2011）09-基于Fluent的混合弯管流场的数值模拟周毅闫光辉（天津职业技术师范大学汽车与交通学院，天津300222）NumericalsimulationforflowfieldofmixedelbowbasedonfluentZHOUYi，YANGuang-hui（TianjinUniversityofTechnologyandEducation，AutomotiveandTransportation，Tianjin300222，China）【摘要】弯管在工业生产的各个领域正得到越来越广泛的运用。以工业生产最常见的一种弯管体为研究对象，利用计算流体力学技术，首先对弯管体进行物理建模，设定各项基本参数，通过FLUENT软件对弯管内温度、压力、速度等参数做了全面详细的二维数值模拟，最后将计算结果进行图形化显示，得到了各项设计指标的极值及其所在部位等重要的设计及优化依据，形象具体的研究分析了弯管内流体状态。关键词：FLUENT；混合弯管；流场；模拟【Abstract】Elbowsareusedmoreandmoreindiverseareasofindustryproduction.Bytakingacom－monelbowasaresearchobject，physicalmodelingisfirstbuiltwiththehelpoffluidmechanicscomputa－tion，inwhichbasicparametersaresetandadetailedcomprehensive2Dnumericalsimulationforparame－terssuchastemperatureinsidetheelbow,pressureandspeed.etc.isdonebasedonFluent.Thentheresultsareshownbydiagrams，thusimportantdesignandoptimizingbasissuchasextremevaluefordesignre－quirementandthelocationareobtained，andvividanddetailedstudyandanalysisonthefluidstatusinsidetheelbowisdone.*1引言混合弯管在工业生产领域正得到越来越多的运用，其在水利、能源、汽车、化工等方方面面扮演着重要的角色。对混合弯管内部不同流体流动所形成的流场具有复杂的流体状态，研究分析弯管内部压力、温度、速度等流场状态对于指导设计符合各领域工作要求的弯管具有非常大的意义。基于FLUENT软件，利用GAMBIT模块对弯管进行物理建模，通过FLUENT计算软件设定各项计算参数，对弯管体内部流场的各种状态进行了定量的数值模拟分析。2模拟分析基于Fluent软件平台对混合弯管进行模拟分析时主要步骤[1]有：（1）基于Gambit模块建立计算模型并进行网格划分；（2）基于Fluent设置计算参数并进行计算；（3）计算结果的后处理，实现计算结果图形化。2.1模型建立基于FLUENT软件中的GAMBIT模块，建立弯管的二维模拟[2]模型，如图1所示。设定温度为290K的冷流体以0.20m/s的速度进入模型左侧入口，设定在弯管右下方入口处有温度为320K，速度为1m/s的热流体进入，两者在弯管内部混合，相关参数，如表1所示[3]。表1初始模拟参数L3F540A图1混合管道物理模型及其网格划分情况其次，最重要的参数设定是边界条件的设定。在本次模拟中，左侧和下侧的两个流体进口为进口边界，设定其进口边界条件为速度进口边界，流体进入方向为垂直与进口边界面；上侧的流体出口为出口边界，设定其出口边界条件为出流边界；混合弯管壁面边界设定为静止的绝热边界。2.2数值模拟与结果分析采用Fluent6.2.16对该问题进行模拟计算。在具体计算时，采用分离隐式求解器进行稳态计算[4]。由于弯管段部分会有二次流和漩涡产生，因此粘性模型采用Realizablek-ε双方程模型。近壁区采用标准的壁面函数来克服Re数k-ε模型在壁面附近带来的不足。其中，模型中的常数取为1.44；TKEPrandtl数为1，TDRPrandtl数为1.2，能量Prandtl数为0.85[5]。先采用一阶离散化形式，大约进行60次迭代计算后计算收敛，可以得到弯管的温度和速度分布图，如图2所示。从图中可以看出，一阶离散化方法计算的结果的收敛性并不是很理想，流体的混入口雷诺系数流体的密度流体的粘度导热系数比热2.1×1051000kg/m30.0008Pa·s0.7W/m·K＊来稿日期：2010-11-18＊基金项目：天津职业技术师范大学青年教师基金支助项目（YJS09-08），天津职业技术师范大学科研发展基金资助项目（KJ10-04）151540212周毅等：基于Fluent的混合弯管流场的数值模拟第9期合情况也无法准确预测。为了改善求解精度，可以将能量方程改为二阶离散化方法，同时降低松弛系数为0.8，在一阶离散化的基础上继续计算。在计算时，可以看出，继续迭代大约30次，计...