FLUENT在粘彈性流體流動(dòng)數(shù)值模擬中的應(yīng)用.pdf

1、將高分子聚合物或表面活性劑加入水中可使湍流流動(dòng)減阻率達(dá)到80％,其可觀的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值得到了學(xué)者們的廣泛關(guān)注。目前,對(duì)粘彈性流體湍流減阻現(xiàn)象的定量預(yù)測(cè)多集中在低參數(shù)的理論層面,缺少適用于工程應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的數(shù)值模擬方法。因此本文對(duì)工程中廣泛應(yīng)用的CFD數(shù)值模擬軟件FLUENT進(jìn)行二次開(kāi)發(fā),采用其提供的用戶(hù)自定義函數(shù)編寫(xiě)粘彈性流體的動(dòng)量方程及變形率輸運(yùn)方程,并將其加載到FLUENT軟件中,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)粘彈性流體流動(dòng)的數(shù)值模擬。
　　首先介

2、紹了頂蓋驅(qū)動(dòng)方腔流和平面突擴(kuò)流動(dòng)數(shù)值模擬中采用的計(jì)算模型、控制方程、粘彈性流體本構(gòu)模型和數(shù)值計(jì)算方法,對(duì)用戶(hù)自定義函數(shù)理論及粘彈性流體模型通過(guò)用戶(hù)自定義函數(shù)在FLUENT中的加載實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)介紹。
　　其次,對(duì)不同Re數(shù)和Wi數(shù)下的粘彈性流體頂蓋驅(qū)動(dòng)方腔流進(jìn)行了數(shù)值模擬,采用Oldroyd-B模型并引入人工粘性項(xiàng)。通過(guò)分析速度分布、渦量分布、主渦渦心位置和二次渦等物理量隨Wi數(shù)的變化,并與已有研究結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,證明了采用FLUE

3、NT二次開(kāi)發(fā)模擬粘彈性流體流動(dòng)的可行性。對(duì)粘彈性流體流動(dòng)特性的研究表明,在一定的Wi數(shù)下會(huì)在二次渦的下方形成旋轉(zhuǎn)方向與之相反的三次渦;隨著Wi數(shù)的增大,速度場(chǎng)和變形場(chǎng)均會(huì)出現(xiàn)復(fù)雜的變化,如主渦下方和方腔左上角二次渦的出現(xiàn)及其大小隨Wi數(shù)的增大而增大的現(xiàn)象。
　　最后,基于FENE-P模型對(duì)粘彈性流體平面突擴(kuò)流動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值模擬,分析發(fā)生不對(duì)稱(chēng)流動(dòng)的臨界Re數(shù)、渦結(jié)構(gòu)的大小和不對(duì)稱(chēng)性隨Wi數(shù)、分子拉伸長(zhǎng)度、溶劑粘度比和Re數(shù)的變化、低

4、Re數(shù)下突擴(kuò)處中線上速度增大的現(xiàn)象和能量損失隨Re數(shù)的變化,并將結(jié)果與已有研究結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,進(jìn)一步證明了采用FLUENT二次開(kāi)發(fā)對(duì)粘彈性流體流動(dòng)進(jìn)行數(shù)值模擬的可行性。通過(guò)分析速度場(chǎng)信息和變形場(chǎng)信息,發(fā)現(xiàn)小Re數(shù)下存在彈性不穩(wěn)定現(xiàn)象;此外,同一點(diǎn)上不同參數(shù)的變化周期相同,而不同點(diǎn)上的同一參數(shù)則具有不同的變化周期;當(dāng)彈性不穩(wěn)定發(fā)生后,流動(dòng)由開(kāi)始的對(duì)稱(chēng)狀態(tài)轉(zhuǎn)化為不對(duì)稱(chēng)狀態(tài);隨著Wi數(shù)的增大,流動(dòng)達(dá)到定常所需時(shí)間增加,彈性不穩(wěn)定發(fā)生時(shí)間減小,從