数值模拟步骤

1、CFD方法简介利用CFD方法，采纳流体力学剖析软件Fluent对三相分别器的流场进行了研究和剖析，为实验研究供给理论支持。CFD是英文ComputationalFluidDynamics(计算流体动力学)的缩写,是一门用数值计算方法求解流动主控方程以发现各样流动现象规律的学科]。用CFD技术进行数值求解的基本思想是:把本来在空间与时间坐标中连续的物理量的场,用一系列有限个失散点上的值的会合来取代,经过必定的原则来成立失散点上变量值之间关系的代数方程,求解代数方程以获取所求解变量的近似值。其主要用途是对流态进行数值仿真模拟计算，所以，CFD技术的用途十分宽泛，可用于传质、传热、动量传达及焚烧等方面的研究。流体机械的研究中多用CFD方法对分别器进行仿真模拟，其基本应用步骤以下：利用Gimbit进行前办理依据分别的形状、构造及尺寸成立几何模型；对所成立的几何模型进行网格区分；利用Fluent进行求解确立计算模型及资料属性；对研究模型设置界限条件；对先期设置进行初始化，选择监督器，进行迭代计算；利用Fluent进行后续办理，实现计算结果可视化及动画办理。上述迭代求解后的结果是失散后的各网格节点上的数值,这样的结果不直观。因此需要将求解结果的速度场、温度场或浓度场等用计算机表示出来，这也是CFD技术应用的必需构成部分。利用CFD方法进行仿真模拟能够对分别器的构造设计及参数选择作出指导，保证设计的正确度，也能够为分别器样机的试验供给理论参照。因为CFD仿真模拟的宽泛使用及其重要性，国内外好多学者，如MarkDTurrell、、师奇威等都对其进行了研究，特别是.Nowakowski及Daniel等人]对CFD技术在旋流器模拟方面的应用做了详细的介绍，这些工作对CFD技术的发展起到了踊跃的促使作用。2、控制方程流体流动要受物理定律的支配，基本的守恒定律包含：质量守恒定律，动量守恒定律、能量守恒定律。假如流动处于湍流状态，系统还应要恪守附带的湍流输运方程。1、基本假定1）基于我国各主力油田采出液含水已达到80％以上，故以水取代采出液进行剖析计算；天然气的主要成分是是甲烷，故采纳甲烷的代替天然气的性质；2）在工作状态下，流动不随时间变化，流动为稳态；3）水在管内的流动能够简化成二维流动；4）不考虑温度的影响，听从绝热流动基本方程。2、基本控制方程1）连续性方程在直角坐标系下的质量守恒方程又称连续性方程：ui0xi（1-1）（2）动量方程：(uiuj)(uiuiuj)xixjxjxj（1-2）式（1-1，1-2）中u为流体速度，下标i表示方向，上标“＇”表示脉动值，上标“-”代表对时间的均匀，μ为动力粘度，p为流体微元体上的压力。因为RNGk-ε模型在工程流场计算中拥有诸多优势，故对构造内部的数值模拟采纳RNGk-ε模型进行。RNGk-ε模型是改良的标准k-ε模型，其原理是用紊动能k和紊动能耗散率ε来表示流体湍流粘性系数，而流体的有效粘性系数即是流体分子粘性系数和湍流粘性系数之和。k方程和ε方程分别为：(k)(kui)xj[kueffk]Gk（1-3）txixj()(ui)*2[ueffxj]C1GkC2（1-4）txixjkk此中：efft,tCk2,C0.0854,k1.39C1*(1)C130,C11.42,C21.68（1-5）112k,Eij1(uiuj04.377,0.012(2EijEij)2xj),xiRNGk-ε模型经过修正湍流粘度，考虑了均匀流动中的旋转和旋流流动状况，在ε方程中增添了一项，进而反应了主流的时均应变率Eij，这样，RNGk-ε模型中产生项不单与流动相关，并且在同一问题中也仍是空间坐标的函数。故RNGk-ε模型能够更好的办理高应变率及流线曲折程度较大的流动。3、网格区分借助gambit软件对直管段区分构造网格，对非直管段区分非构造网格。四种构造的网格区分以下图：构造一构造二构造三构造四5、模型的选择及界限条件确实定应用多相流中的欧拉模型；控制方程采纳RNGk-ε模型；进口界限条件设置为速度进口，出口界限条件设置为自由出流；因为进口两相中含夜体积分数极小，湍动粘度影响远大于重力，固忽视重力的影响；湍流强度设置为10%,水力直径为圆管内流道截面直径。模拟结果剖析构造一的模拟1）进口流速3m/s,液相体积分数分别为：0.001%、%、%三种状况气相浓度场散布以下图：三种状况速度场散布以下图：2）固定液相浓度为%,变进口速度分别为：1m/s、3m/s、5m/s。气相浓度场散布以下图：三种状况速度场散布以下图构造二进口流速3m/s,液相体积分数分别为：0.001%、%、%。三种状况气相浓度场散布以下图：三种状况速度场散布以下图2）固定液相浓度为%,变进口速度分别为：1m/s、3m/s、5m/s。气相浓度场散布以下图：三种状况速度场散布以下图构造三1）进口流速3m/s,液相体积分数分别为：0.001%、%、%。三种状况气相浓度场散布以下图：：三种状况速度场散布以下图2）固定液相浓度为%,变进口速度分别为：1m/s、3m/s、5m/s。气相浓度场散布以下图：三种状况速度场散布以下图：构造四1）进口流速