fluent计算摩擦阻力

2014年5月第39卷第5期

DOI：10.3969/j.issn.0254－0150.2014.05.005

润滑与密封

LUBＲICATIONENGINEEＲINGMay2014Vol.39No.5

*

基于FLUENT的管道内壁表面状态对流体摩擦阻力的影响研究

付宜风

1

雷成旺

1，2

张璇

1

白秀琴

1，3

袁成清

1，3

（1.武汉理工大学能源与动力工程学院可靠性工程研究所

2.澳大利亚悉尼大学土木工程学院

3.武汉理工大学船舶动力工程技术交通行业重点实验室

湖北武汉430063；湖北武汉430063）

澳大利亚悉尼NSW2006；

摘要：油气长输管道在运行过程中受腐蚀、结垢的影响，管道内壁表面状态会发生显著的变化，进而会引起管道内流场和沿程流体摩擦阻力的变化，目前在这方面的研究比较欠缺。基于计算流体动力学软件FLUENT，数值模拟在腐蚀、结垢条件下管道内壁表面状态发生改变后，管道流体摩擦阻力的变化情况。结果表明：管道结垢后在内壁形成凸起，流通面积减小，沿程摩擦阻力系数变小，单位长度压降和总的能量损失增大；管道腐蚀后在内壁形成凹坑，沿程摩擦阻力系数和单位长度压降均减小，说明形成腐蚀坑后不规则表面可能具有一定的减阻效果，研究可为基于表面纹理的管道减阻提供一定的参考依据。

基于fluent的兴波阻力计算

本文主要研究内容

本文的工作主要涉及小型航行器在近水面航行时的绕流场及兴波模拟和阻力的数值模拟两个方面。在阅读大量文献资料的基础上，通过分析、比较上述领域所采用的理论和方法，针对目前需要解决的问题，选择合理的方法加以有机地综合运用。具体工作体现在以下几个方面：

1．本人利用FLUENT软件的前处理软件GAMBIT自主建立简单回转体潜器模型，利用FLUENT求解器进行计算，得出在不同潜深下潜器直线航行的绕流场、自由面形状及阻力系数的变化情况。

2．通过对比潜器在不同潜深情况下的阻力系数，论证了增加近水面小型航行器的深度可以有效降低阻力。通过对模型型线的改动，为近水面小型航行器的型线设计提供了一定的参考。通过改变附体形状和位置计算了附体对阻力的影响程度，为附体的优化设计提供了一定的依据。

计算模型

1

航行器粘性流场的数值计算理论

水动力计算数学模型的建立

根据流体运动时所遵循的物理定律，基于合理假设（连续介质假设）用定量的数学关系式表达其运动规律，这些表达式成为流体运动的数学模型，它们是对流体运动的一种定量模型化，称为流体运动控制方程组。根据控制方程组，结合预先给定的初始条件和边界条件，就可以求解反映流体运动的

第五节 阻力损失

1-5-1 两种阻力损失

直管阻力和局部阻力 化工管路主要由两部分组成：一种是直管, 另一种是弯头、三通、阀门等各种管件。无论是直管或管件都对流动有一定的阻力, 消耗一定的机械能。直管造成的机械能损失称为直管阻力损失(或称沿程阻力损失)；管件造成的机械能损失称为局部阻力损失。 对阻力损失作此划分是因为两种不同阻力损失起因于不同的外部条件，也为了工程计算及研究的方便, 但这并不意味着两者有质的不同。此外, 应注意将直管阻力损失与固体表面间的摩擦损失相区别。固体摩擦仅发生在接触的外表面, 而直管阻力损失发生在流体内部, 紧贴管壁的流体

层与管壁之间并没有相对滑动。 图1-33 阻力损失

阻力损失表现为流体势能的降低 图1-33表示流体在均匀直管中作定态流动, u1=u2。截面1、2之间未加入机械能, he=0。由机械能衡算式(1-42)可知： hf?????p2?P1?P2??z1g???zg2?????? (1-71) ???????p1 由此可知, 对于

华蓥市老岩湾煤业有限公司

矿井通风总阻力计算

沿着矿井通风容易时期和矿井通风困难时期的通风路线计算矿井通风总阻力。 通风摩擦阻力计算公式如下： h=

a?L?P2?Q S3式中：h—— 通风摩擦阻力，Pa；

α—— 井巷摩擦阻力系数，N.S2/m4； L—— 井巷长度，m； P—— 井巷净断面周长，m； Q—— 通风井巷的风量，m3/s； S—— 井巷净断面面积，m2； 通风局部阻力取同时期摩擦阻力的15％。

经计算，矿井通风容易时期采用中央分列式通风系统，其总阻力h为573.99Pa；矿井通风困难时期采用两翼对角式通风系统，其北风井和南平硐风井阻力分别为489.42Pa、401.51Pa。(详见矿井通风阻力计算表5-2-2、表5-2-3、表5-2-4)。

五、对矿井通风状况的评价 计算矿井的风阻和通风等积孔

a、矿井通风容易时期采用中央分列式通风系统，矿井的总风阻R易和矿井通风等积孔A为：

R易 =h易/ Q易2 =573.99÷30.42 =0.62N2S2/m8 A易 =1.19Q易/h易 =1.19330.4÷573.99 =1.51m2

易

b、矿井通风困难时期采用两翼对角式通风系统，其北风井的风阻R1、通风等级孔A1和南平硐

赛尔公司四矿B9工作面支护强度的确定

q?H?gB?10?2/(k?1)cos?

式中：

H——工作面煤层平均采高，工作面H=2.8m；

γ——顶板岩石容重，一般取γ=2.5t/m；

3

k——顶板破碎常数，取1.2；

g——顶板周期来压不动载系数，与顶板岩石性质有关： 老顶级别：

Ⅰ-g=1.1， Ⅱ-g=1.3 Ⅲ-g=1.5～1.7， Ⅳ-g=1.8～2

取g=1.3

B——附加阻力系数，B=1.5； α——煤层平均倾角，取α=23°，

则：

B9工作面支护强度：

q＝2.8×2.5×1.3×1.2×1.5×10-2/[（1.25-1）cos23°]＝0.71（MPa） 支架初撑力和工作阻力的确定

F?SqS?A(L?c)

式中：A——支架中心距，A=1.5m；

L——支架顶梁长，L=4.4

c——梁端距，c=0.35～0.5m,取c=0.45m； 则：

S?A(L?c)?1.5?(4.4?0.45)?7.2m2

工作阻力：

F?Sq?7.2?0.71?5.17(MN)?5170KN

序号 内容 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 烟道当量直径 直管段长度 烟气温度 烟气黏度 烟道摩擦系数 烟气质量流量 烟气分子量 烟气密度 烟道截面积 烟气流速 烟气沿直管段流动的压降 通过挡板的局部阻力系数 烟气流过挡板产生的压降 烟气通过90°弯头的局部阻力系数 烟气通过弯头产生的压降 空气密度 下行烟道的高度 烟气下行产生的压降 烟气进入垂直通道的局部阻力系数 烟气通过垂直通道产生的压降 烟气通过空气预热器的压降 冷烟气出预热器当量直径 冷烟气出预热器温度 冷烟气密度 冷烟道截面积 冷烟气出预热器流速 烟气通过90°弯头的局部阻力系数 烟气通过弯头产生的压降 出引风机冷烟道截面积 出引风机冷烟道通道周长 出引风机冷烟道当量直径 出引风机冷烟道长度 出引风机冷烟道流速

符号 de L Tg μ g f U1

单位 m m ℃ Pa S

公式 取用 取用

查图 取用

Kg/s

ρ g1 S1 Ug △PA1 ξ 1 △PB1 ξ 2 △PB2 ρ a h △PG1 ξ 3 △PB3 △P

风管阻力计算方法

送风机静压Ps（Pa）按下式计算 PS = PD + PA

式中：PD——风管阻力（Pa），PD = RL（1 + K）

说明：R——风管的单位磨擦阻力，Pa/m；L ——到最远送风口的送风管总长加上到最远回风口的回风管总长，m；K——局部阻力与磨擦阻力损失的比值。

推荐的风管压力损失分配（按局部阻力和磨擦阻力之比）

风管系统 弯头、三通较少 弯头、三通较多

K 1.0~2.0 2.0~4.0

PD= R（L + Le）

式中Le为所有局部阻力的当量长度。

PA——空气过滤器、冷热盘管等空调装置的阻力之和（Pa）

☆推荐的风管压力损失分配（按送风与回风管之阻力）

在中等回有大规模

在设备附有回风管

风机单一风管系统回风管系

系统特征 近单一回的单一回

回风 的多样回统的多样

风 风

风 回风

送风% 90 80 70 60 50 回风% 10 20 30 40 50

☆低速风管系统的推荐和最大流速m/s

住宅 公共建筑 工厂

应用场所（空调

风管中功能段）

推荐 最大 推荐 最大 推荐 最大

室外空气入口 2.5 4.0 2.5 4.5 2.5 8.0 空气过滤器 1.3 1.5 1.5 1.8

CAE联盟论坛精品讲座系列

详细FLUENT实例讲座-翼型计算

主讲人：流沙 CAE联盟论坛总版主

1.1 问题描述

翼型升阻力计算是CFD最常规的应用之一。本例计算的翼型为RAE2822，其几何参数可以查看翼型数据库。本例计算在来流速度0.75马赫，攻角3.19°情况下，翼型的升阻系数及流场分布，并将计算结果与实验数据进行对比。模型示意图如图1所示。

1.2 FLUENT前处理设置

Step 1：导入计算模型

以3D，双精度方式启动FLUENT14.5。

利用菜单【File】>【Read】>【Mesh…】，在弹出的文件选择对话框中选择网格文件rae2822_coarse.msh，点击OK按钮选择文件。如图2所示。

点击FLUENT模型树按钮General，在右侧设置面板中点击按钮Display…，在弹出的设置对话框中保持默认设置，点击Display按钮，显示网格。如图3所示。

Step 2：检查网格

采用如图4所示步骤进行网格的检查与显示。点击FLUENT模型树节点General节点，在右侧面板中通过按钮Scale…、Check及Report Quality实现网格检查。

点击按钮Check，在命令输出按钮出现如图5所示网

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1.1 问题描述

翼型升阻力计算是CFD最常规的应用之一。本例计算的翼型为RAE2822，其几何参数可以查看翼型数据库。本例计算在来流速度0.75马赫，攻角3.19°情况下，翼型的升阻系数及流场分布，并将计算结果与实验数据进行对比。模型示意图如图1所示。

1.2 FLUENT前处理设置

Step 1：导入计算模型

以3D，双精度方式启动FLUENT14.5。

利用菜单【File】>【Read】>【Mesh…】，在弹出的文件选择对话框中选择网格文件rae2822_coarse.msh，点击OK按钮选择文件。如图2所示。

点击FLUENT模型树按钮General，在右侧设置面板中点击按钮Display…，在弹出的设置对话框中保持默认设置，点击Display按钮，显示网格。如图3所示。

Step 2：检查网格

采用如图4所示步骤进行网格的检查与显示。点击FLUENT模型树节点General节点，在右侧面板中通过按钮Scale…、Check及Report Quality实现网格检查。

点击按钮Check，在命令输出按钮出现如图5所示网

二、副立井提升设备 1、设计基础资料

矿井设计生产能力：An=0.9Mt/a

矿井工作制度：年工作日：330d、日提升小时：16h 绞车房标高：＋1074.00m 副井井口标高：＋1074.00m 井底大巷标高：＋835m 提升高度：Ht＝239m

提升容器：600轨距多绳提升罐笼（一宽一窄）

⑴、1t矿车单层双车钢罐道四绳宽罐笼：型号GDG1/6/1/2K型1个 罐笼总质：（包括自动平衡首尾绳悬挂装臵、滚动罐耳、防滑附加质量及配重等）：Qz =20000kg

本体高度：4.13m 全高：6.677m 载人数：38人 长×宽：4410×1704

⑵、1t矿车单层双车钢罐道四绳窄罐笼：型号GDG1/6/2/4型1个 罐笼总质：（包括自动平衡首尾绳悬挂装臵、滚动罐耳、防滑附加质量及配重等）：Qz =20000kg

本体高度：4.13m 全高：6.677m 载人数：23人 长×宽：4410×1024 每次提升矿车数：2辆

提升大件设备时，经防滑校验，需在窄罐中加10000kg配重。 1t矿车型号：MGC1.1-6

载荷（矸石）质量：1800kg 自重：610kg

5、最大件质量（采煤机、掘进机最大不可拆卸件）：18000kg，运送大件平板车质量：1