FLUENT在粘彈性流體流動數(shù)值模擬中的應用.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減阻率達到80％,其可觀的實際應用價值得到了學者們的廣泛關注。目前,對粘彈性流體湍流減阻現(xiàn)象的定量預測多集中在低參數(shù)的理論層面,缺少適用于工程應用系統(tǒng)設計的數(shù)值模擬方法。因此本文對工程中廣泛應用的CFD數(shù)值模擬軟件FLUENT進行二次開發(fā),采用其提供的用戶自定義函數(shù)編寫粘彈性流體的動量方程及變形率輸運方程,并將其加載到FLUENT軟件中,從而實現(xiàn)對粘彈性流體流動的數(shù)值模擬。
　　首先介

2、紹了頂蓋驅(qū)動方腔流和平面突擴流動數(shù)值模擬中采用的計算模型、控制方程、粘彈性流體本構(gòu)模型和數(shù)值計算方法,對用戶自定義函數(shù)理論及粘彈性流體模型通過用戶自定義函數(shù)在FLUENT中的加載實現(xiàn)進行了詳細介紹。
　　其次,對不同Re數(shù)和Wi數(shù)下的粘彈性流體頂蓋驅(qū)動方腔流進行了數(shù)值模擬,采用Oldroyd-B模型并引入人工粘性項。通過分析速度分布、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)果進行對比,證明了采用FLUE

3、NT二次開發(fā)模擬粘彈性流體流動的可行性。對粘彈性流體流動特性的研究表明,在一定的Wi數(shù)下會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,速度場和變形場均會出現(xiàn)復雜的變化,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模型對粘彈性流體平面突擴流動進行了數(shù)值模擬,分析發(fā)生不對稱流動的臨界Re數(shù)、渦結(jié)構(gòu)的大小和不對稱性隨Wi數(shù)、分子拉伸長度、溶劑粘度比和Re數(shù)的變化、低

4、Re數(shù)下突擴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)果進行對比,進一步證明了采用FLUENT二次開發(fā)對粘彈性流體流動進行數(shù)值模擬的可行性。通過分析速度場信息和變形場信息,發(fā)現(xiàn)小Re數(shù)下存在彈性不穩(wěn)定現(xiàn)象;此外,同一點上不同參數(shù)的變化周期相同,而不同點上的同一參數(shù)則具有不同的變化周期;當彈性不穩(wěn)定發(fā)生后,流動由開始的對稱狀態(tài)轉(zhuǎn)化為不對稱狀態(tài);隨著Wi數(shù)的增大,流動達到定常所需時間增加,彈性不穩(wěn)定發(fā)生時間減小,從