Fluent教程案例7-油水两相流动数值模拟

实验七油水两相流弯管流动模拟-混合物模型

弯管被广泛应用于石化、热能动力、给排水等工程领域的流体输送，其内部流体与管

壁的相对运动将产生一定程度的振动而使管迫系统动力失稳，严重时会给系统运行带来灾难

性的毁坏.而现今原油集输管线中普遍为油水两相流，流动复杂，且通过弯管时由于固壁的

突变，使得流动特性更为复杂.因此，研究水平弯管汽油水两相流的速度、压力分布等流

动特性，不仅能够为安全输运、流动控制等提供依据.还可为管线防腐、节能降耗措施选

取等提供依据.

混合物模型（Mixlure模型）典型的应用包括低质量载荷的粒子负载流、气泡流、沉降

旋风分离器等，混合模型也可以用于没有离散相相对速度的均匀多相流。

一、实例概述

选取某输油管道工程管径600mm的90。水平弯管道，弯径比为3,并在弯管前后各取

5m直管段进行建模，其几何模型如图所示。为精确比较流体流经弯管过程中的流场变化,

可截取图所示的5个截面进行辅助分析。弯管进出口的压差为800Pa,油流含水率为20机

截面4

二、模型建立

1.启动GAMBIT,选择圆面生成面板的Plano为ZX,输入半径Radius为0.3,生成圆面,

如图所示。

2.移动圆面，选择圆面，Move在Global下的x栏输入L8,完成该面的移动操作。

3.选取面，Angle栏输入-90,Axis选择为(0,0,0)-(0,0,1),生成弯管主体，如图“

4.在CreateRealCylinder面板的Height栏输入5,在Radiusl栏输入0.3,选择Axis

Location为PositiveX,生成沿x方向的5nl直管段，如图所示。

5.同方法，改变AxisLocation为PositiveY生成沿y方向的5nl直管段，如图所示。

6.将直管段移动至正确位置，执行Volume面板中的Move/Copy命令，选中沿y轴的直管

段，在x栏输入1.8,即向x轴正向平移1.8。然后选中沿x轴的直管段，在x栏输入

-5,在y栏输入-L8,最后的模型如图所示。

7.将3个体合并成一个，弹出UniteRealVolumes面板，选中生成的3个体，视图窗口

如图所示。

三、网格划分

1.打开CreateBoundaryLayer面板，在Edges黄色输入栏中选取线3（端面圆）。选中

1:1的边界层生成方式，并设置第一个点距壁面距离为0.001m,递增比例因子为1.2,

边界层为4层。绘制完边界层网格，如图所示。

2.打开MeshFaces面板.运用Quad单元与Pave方法对该圆面进行划分，在Intervalsize

栏输入0.05,生成的面网格如图所示。

3.运用He。单兀'

,生成的体网格如图所示:

N命名为立：选择面9作为出口，定义

、c名义其为PRESSURE」凡用，

4.选择面％作为进，'ut,如图所示。

其为PRESSURE/EET，命名力

SpecifyBoundaryTypes

FLUENT5/6

Action:

♦AddyModify

yDeleteyDeleteall

1ShowlahRls1Showcnlnrs

5.输出三维模型网格文件。

四、求解计算

1）启动FLUENT三维单精度计算器，读入划分好的网格文件。

2）从Seal。Grid对话框中可以看出计算区域的尺寸范围，如图所示。

ScaleGrid

ScaleFactorsUnitConversion

xpGridWasCreatedInm

YPChangeLengthUnits

DomainExtents

Xmin(m)卜5Xmax[n\]2.098995

Ymin(m)|-2.1Ymax(m)5

Zmin(m)|-0.gZmax(m)0.3

ScaleUnscaleCliseHelp

3）弹出的Solver对话框中保持默认设置。

4）弹出的ViscousModel对话框,在Model选项中选择k-epsilon[2eqn],在k-epsilon

Model选项，保留其他默认设置。

5）如图所示，在弹出的MultiphaseModel对话框中选择Mixture,保持默认参数设置。

汉「

MultiphaseModel

ModeldumberofPhases

2

COffw

1VolumeofF加id

6Mixture

Eulerian

「WetSteam

MixtureParameters

VSlipVelocity

BodyForceFormulation

ImplicitBodyForce

OK|CancelJHelp|

6）在弹出的FluentDatabaseMaterials对话框中,将数据库中的材料----水和油

fuel-oi1-1iquid都拷贝到当前工程中，完成材料物性的定义。

7）在Type选项中选择primary-phase,在列表中选择fuel-oil-liquid,在Name文本框

中输入oil。在Type选项中选择secondary-phase,在列表中选择waterTiquid,并在

Name文本框中输入water。

8）如图所示，在SetUnits对话框中，选择Quantities中的pressure。在点击new弹出

的DefineUnit对话框中的Unit栏输入名称mpa,在Factor栏输入1000000,定义压

强的新单位川为。

SetUnitsI汉I

9）打开OperatingConditions对话框，选中Gravity,指定重力方向为z轴,在Z打/s2]

右侧输入-9.8。

OperatingConditions

PressureGravity

OperatingPressure(mpa)歹Gravity

Ie.101325GravitationalAcceleration

1

ReferencePressureLocationX(m/s2)0

X(m)0Y(m/s2)0

Y(m)0Z(m/s2)「7.8

ZMo

Variable-DensityParameters

SpecifiedOperatingDensity

OKCancel|Help

10）定义边界条件。

①入口

PressureInlet对话框中的GaugeTotalPressure[mpa]中输入1,在

Supersonic/intitalGaugePressure!mpa)中输入0.995,湍流确定方式选择的Intensityand

HydraulicDiameter,在TurbulentIntensity[%]为1,在HydraulicDiameter[rn]中输入0.6

(管径)，保持其他默认，点击。k。

压力入口的第二相（水）的比例为0.2,故到BoundaryConditions对话框中选择Phase为water.

单击set按钮,在Multiphase中的VblumeFraction栏输入0.2,单击ok。（Fluent中设置相的

体积比，只需要设置第二相。）

②出口为压力出口Pressure-outlet,保持Phase为mixture.单击set按钮，PressureOutlet时

话框中的GaugePressure[mpa]中输入0.9992,同样湍流确定方式选择的Inlensilyand

HydraulicDiameter,在TurbulentIntensity[%]为1,在HydraulicDiametcr[m]中输入0.6

(管径)，保持其他默认，点击ok。

2PressureOutlet

ZoneNamePhase

(outlet-nixture

MomentumThermalRadiationSpeciesDPMMultiphaseUDS

GaugePressure(mpa)0.9992cuiisUml

BackflowDirectionSpecificationMethodNormaltoBoundary

厂RadialEquilibriumPressureDistribution

Turbulence

SpecificationMethodintensityandHydraulicDiameter*r

BackflowTurbulentIntensity(%)卜

BackflowHydraulicDiameter(m)g.g|

OK|Cancel|Help|

11）在SolutionControls对话框中保持默认设置。

12）对流场进行初始化Solve-Initialize-Initialize…，选择从入口开始计算。

13）设置残差监视。在ResidualMonitors对话框中选中Plot,打开残差曲线图。保持FLUEMT

默认各参数的收敛精度要求为0.00k

14）将文件保存。

15）设置迭代步为1000步，开始迭代计算。

16）迭代完毕后，保存结果文件。

17）截取有助分析的几个截面，在Points下方的三点坐标中分别输入（-2.5,0,0）、

（-2.5,0,0.3）和（-2.5,0.3,0）,在NewSurfaceName中输入x=2.5,生成第一个截

面,如图所示。生成第二个截面可采用A第gn个withSurface,选中inlet,并输入点

（0,-1.8,0）,同理截取其他3个观测面。另外利用三点截取z方向中间剖面,（-5,1.8,0）

(0,-1.8,0),(1.8,5,0)。

・*■.•x4

PlaneSurface

■*••<■»

OptionsSampleDensitySurfaces

rAlignedwithSurfaceEdge1p_±Jdefault-intcrioi

rAlignedwithViewPlanein

out

rPointandNormalEdge2p

wall

rBounded

rSamplePointsSelectPoints

rPlaneTool

ResetPoints

PointsNormal

xD(m)x1(m)x2(m)ix(m)

「2.5「2.5I-2-5F

yD(m)y«(m)y2(m)•y(mJ

rWr

zD(m)z1(m)z2(m)z[m)

Fr0

NewSurfaceName

|x=-2.5

CreateIManage...I猫oseHelp

18）观察中间截面的速度等值线图，迹线图。

Pathline5ColoredbyVdohtyMagnitude(mature)(m6)Apr21.2015

FLUENT63(3d.pbm.morturc.Ac)

FLUENT[0]FluentInc

1S1Z1

23SM1

219^01

204^1

18X)1

17X)1

15X)1

1.41c01

125^01

110frO1

94OHE

7S2e<J2

627E

&70KC

X1XI2J

]S7ZC

OOOHOO

ContoursofVelocityMagnitude(Fixture)(m/s)Ax21.2015

FLUENT6.3(3d.pbns.mixture,ske)

19)Fluent中更改边界条件。可在fluent中