弧形封闭管道断面流速模型研究
分析流体在管道中的流速问题
分析流体在管道中的流速问题在管道中的流速问题是流体力学中的一个重要研究方向。
流体在管道中的流速直接关系到管道流量、压力损失以及管道内部的摩擦力等因素。
本文将通过分析流体在管道中的流速问题，探讨流速的计算方法，以及与其相关的一些实际应用。
一、流速的定义和计算方法在流体力学中，流速是指流体在单位时间内通过某一横截面的体积。
流速的单位一般为米/秒（m/s），常用符号为v。
为了计算管道中的流速，我们需要借助一些数学方法和物理定律。
1.1 泊松方程泊松方程是描述流体静力学的基础方程之一，也可以用于计算管道中的流速。
其数学形式如下：∂(ρv)/∂t + ∇·(ρv^2) + ∇P + ρg = 0其中，ρ表示流体的密度；v表示流体在空间中的速度向量；t表示时间；P表示流体的压力；g表示重力加速度；∇表示对空间变量取梯度。
1.2 流量和面积的关系在管道中，流体的流量指单位时间内流过管道横截面的体积。
流量的计算公式为：Q = Av其中，Q表示流量；A表示管道横截面的面积；v表示流速。
根据流量的定义，我们可以通过计算管道横截面的面积和流量来确定流速的大小。
1.3 流体速度剖面在实际的管道流动中，由于管壁的摩擦阻力等因素的存在，流体的速度不是均匀分布的，而是呈现一定的速度剖面。
通常情况下，流体速度在管道中心最大，在管道边界最小。
二、流体在管道中的流速问题分析2.1 理想流体问题对于理想流体，流速可以通过应用质量守恒定律和动量守恒定律进行分析。
根据连续性方程和牛顿第二定律，可以得到以下结论：- 对于水平管道中的理想流体，流速在整个管道中保持不变。
- 对于竖直管道中的理想流体，流速在不同高度位置上存在差异，且随着高度的升高而逐渐减小。
2.2 摩擦阻力的影响在实际的管道流动中，由于管壁的摩擦阻力等因素的存在，流速存在一定的压力损失。
通常，我们可以采用达西公式来计算管道中的压力损失。
达西公式的数学形式如下：ΔP = λ(L/D)*(ρv^2/2)其中，ΔP表示压力损失；λ表示摩擦系数；L表示管道长度；D表示管道直径。
弯曲管道内湍流流动的数值模拟
弯曲管道内湍流流动的数值模拟*摘要：*本文旨在通过数值模拟来研究弯曲管道内湍流流动的性质。
对流动特性进行预测可以为工程设计提供理论基础，其中包括流体运动的影响因素、涡旋比例及流量的变化情况等。
本文采用Direct Numerical Simulation 方法，应用 k-和 k-ω 湍流模型来探究弯曲管道内湍流的性质。
结果表明，随着弯道半径的减小，流体的瞬时速度、压力和温度都会受到一定程度的影响，而涡旋比例和流量也发生变化；此外，发现湍流模型的选择会影响研究结果的准确性，k-ω 模型相比 k-ε模型更准确。
*关键词：*弯曲管道，湍流模拟，Direct Numerical Simulation，k-ε 模型，k-ω 模型数值模拟对于研究弯曲管道内湍流的性质具有重要的意义。
本文应用了Direct Numerical Simulation（DNS）方法，使用k-ε和k-ω湍流模型来研究弯曲管道内湍流流动的性质。
首先，将弯曲管道分割为若干网格，求解Navier-Stokes方程，以解释流体运动的影响因素。
然后，通过比较k-ε和k-ω模型的模拟结果，结合实验数据和理论计算，发现随着弯道半径的减小，流体的瞬时速度、压力和温度都会受到一定程度的影响，而涡旋比例和流量也发生变化。
最后，比较发现k-ω模型的模拟结果更加准确。
应用DNS方法对弯曲管道内湍流流动的性质进行数值模拟，能够更好地解释流动特性，提供设计工程所需的理论基础。
此外，本文使用了k-ε和k-ω湍流模型，比较发现k-ω模型的模拟结果更加准确，被证明可以更好地描述气体流动现象。
未来，可以继续研究其他影响因素（例如管道内壁的材料类型），以及不同湍流模型在不同参数场景下的性能变化，来更好地理解弯曲管道内湍流的性质。
此外，本文的研究也为今后相关研究开辟了新的思路。
例如，可以结合模拟结果和实验数据，运用统计学方法，利用概率和数理统计等技术来优化设计。
此外，在继续探究时，可以考虑更大尺度和更复杂流场，并使用更先进的数值模拟技术，比如Large eddy simulation 和Reynolds-averaged Navier-Stokes方程，以更加准确地预测实际情形。
流体动力学中的速度剖面分析
流体动力学中的速度剖面分析流体动力学中的速度剖面分析是研究流体在管道、河流、海洋等不同环境中的速度分布情况。
通过分析速度剖面，可以更好地理解流体运动的特性，为工程设计和科学研究提供重要的依据。
速度剖面是流体中速度随着位置变化的关系。
在实际流体运动中，流体呈现非均匀分布，流速在不同位置处不同。
通过测量和分析速度剖面，我们可以获得关于流体运动的重要信息，如平均流速、流体层厚度、流动阻力等。
首先，我们需要了解速度剖面的基本特征。
一般来说，流体在管道中的速度剖面呈现对称分布，流速最大处位于管道中心轴线上，随着距离中心轴线的远离，流速逐渐减小。
速度剖面的形态与流体的性质、管道的几何形状以及流量大小等因素有关。
对于层流运动，速度剖面通常呈现为二次曲线形状，称为Hagen–Poiseuille流。
该速度剖面表明流体速度随着距离中心轴线的增加而减小，且减速度与距离成正比。
这种速度剖面常见于细长的圆管中的流体运动情况。
在湍流运动中，速度剖面呈现较为复杂的分布。
由于湍流的不规则性，流体速度的分布也较为不均匀。
湍流速度剖面的形态通常由非线性的曲线组成，其特点是速度脉动较大、剖面均匀性较差。
湍流速度剖面的形态分析对于工程设计中的流量计算、管道设计等具有重要意义。
在实际应用中，我们经常需要对流体进行测量和分析。
测量速度剖面的方法有多种，常见的有流速计、电磁流量计、超声波测速仪等。
这些设备可以快速准确地获取流体中不同位置的流速数据。
在分析速度剖面时，我们需要注意以下几点。
首先，要确定评估速度剖面的目的和需求，选择合适的分析方法和设备。
其次，需要在实际测量中选取合适的测点和测量时间，确保数据的准确性和可靠性。
最后，要对速度剖面数据进行有效的处理和分析，提取出有用的信息，并进行合理的解释和解读。
总之，流体动力学中的速度剖面分析是一项重要的研究工作，它可以帮助我们更好地理解流体运动的特性，并为工程设计和科学研究提供基础数据。
通过合理的测量和分析，我们可以获取流体速度分布的准确信息，从而为工程项目的设计和运营提供科学的依据。
管道水力特性及其水力学模型研究
管道水力特性及其水力学模型研究管道是水力工程中不可或缺的组成部分，对于管道内流动的水力特性的研究也越来越受到重视。
水力学模型的建立和研究可以帮助我们更好地理解它们的水力特性和行为规律，从而为工程设计和施工提供准确的理论依据。
一、管道内流动的基本特性在管道内部，水分子沿着流线运动，它们之间的相互作用力可以被视为粘性力。
这就意味着管道内部的阻力来自于水分子之间的相互作用力。
需要注意的是，管道内部的摩擦力不仅受到管壁摩擦力的影响，还受到管道内部的摩擦力的作用。
因此，当管道内部的流速增加时，由于管道内部的摩擦力增加，流阻增大，阻力的增加速度也会增加。
另外，我们还需要了解到，当管道内部出现弯曲、分支和其他不规则形状时，水流会随着管道的变化而变化，流速会受到影响，这也会带来管道内部阻力的改变。
二、管道的水力学模型建立水力学模型是对于管道水力特性研究的重要方法之一。
模型通过将管道内部的水流转化为数学模型来进行分析和研究。
目前，最为常用的管道水力学模型包括雷诺数模型和涡旋模型。
雷诺数模型依据雷诺数的大小来划分流动状态，将具有相似雷诺数的流动状态进行归类。
而涡旋模型则是基于涡旋对于水流运动的影响进行研究。
三、应用案例：沿程压力损失计算湖北某市下午4点，对于一条直径为250毫米，长500米的干管进行了工业水的输送。
工业水的流量为50升/秒，水温为20℃，水的粘度为1.1×10^-6m²/s，密度为1000kg/m³。
该管道的材质为钢管，摩擦系数为0.018。
现计算该管道在输送过程中的沿程压力损失。
根据直管段的沿程压力损失公式计算：ΔP = ρLQ²/2gd其中，ΔP为沿程压力损失，ρ为工业水密度，L为管长，Q为工业水的流量，d为管道直径，g为重力加速度，ε为管道粗糙度（在此例中，因为该管道的摩擦系数已知，ε可以通过万氏公式进行计算）。
对于弯头和阀门等管子附属件的计算，可以使用不同的修正系数进行修正。
不同工况下弯管水流流速模拟研究
均值 ； 当曲率半径为 ７ ０ ｃ ｍ时 ， 其 内侧流速平均值等 于外侧流速平均值 ， 该入 口流速为拐点流速 。但 曲率
垒 旦 团
山西 水 利旨 鲁
不 同 工 况 下 弯 管 水 流 流 速 模 拟 研 究
刘 文Байду номын сангаас涛
（ 山 西省 水 利 水 电勘 测 设 计研 究 院 ， 山西 太 原 ０ ３ ０ ０ ２ ４ ）
［ 摘要 ］ 采用湍流模 型对直角有压弯管管流的流速特性进行 了三 维数值模 拟 ，分析 了直角有压弯管在 不 同曲 率半径和不 同管径情 况下， 入 口流速不 同时， 各断 面处水平 直径 上的水流流速 分布情况。该模拟方法可供 水 利工程弯管设计人员参考。 ［ 关键词 】 弯管 ； 水 流流速 ； 数值模拟 ； 曲率半径 ； 管径
界 层 的结 构 网格 采用 标 准 Ｉ ｊ ｝ 一 紊 流模 型 进行 分 析 ， 直
率半径越大的弯管流速越小 ， 而靠近弯管外侧边壁处 曲率半径越小的弯管流速越小 。 当人 口流速 为 １ ． ５ ｍ ／ ｓ 时 ，三个 不 同曲率 半 径 的 弯管管 流 在 ４ ５ 。 断 面处 水平 直 径上 的流 速分 布规 律 与
［ 中图分类号 ］ Ｔ Ｖ１ ３ ４
［ 文献标识码 ］ ｃ
［ 文章 编号 ］ １ ０ ０ ４ — ７ ０ ４ ２ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ９ — ０ ０ ２ ７ — ０ ２
有压 弯 管广 泛 应 用于 水利 工 程 中 ， 可 实 现流 体输
均 流速 。 在此 断 面下 ， 弯管 曲率半 径越 小 ， 靠 近外 侧边
90°弯管内流体流动数值模拟研究
关 键 词 弯 管 ； 数值模 拟 ； 流 场 分 析 中 图 分 类 号 Ｔ Ｇ３ ７ 文 献 标 志 码 Ａ 文 章 编 号 ｌ ６ ７ １ —８ １ ０ ０ （ ２ ０ １ ４ ） ０ １ —０ ０ ２ ５ —０ ４
。 一
一Ｃ
— — —湍 而列日 动能耗 Ｅ 嵇 歌竿 散率 ；
—— 湍流 粘性 系数 ；
Ｃ —— 常数 ； ＲＮＧ Ｋ—ｅ 湍流 模 型 的湍 动能 传输 方程 为 ：
析、 弯管内流场 Ｃ Ｆ Ｄ 模 拟 来 输 泥 管 道 的 阻 力 特
性 。
＝
Hale Waihona Puke 丝兰 弯 管广 泛 应 用 于水 利 、 化工 、 石 油、 动力 工 程
Ｏ ｕ ｉ
－
一
０
（ １）
等领 域 ， 弯管 中 的流动 由于受 到 弯管 曲 率的影 响 ，
相 比直管 的流 场 要 复 杂 的 多 ， 而 且会 在管 壁 附近 形成 分离 区 、 管 道截 面 上产 生二 次流 动等 ， 这 不仅 会造 成流 体 总压 和 能 量 的损 失 ， 而 且 形成 的局 部
Ｓ＝ （ ２Ｓ Ｓ ） （ ７）
在 本 文 中． 最 终 修 正 后 的 模 型 节 点 数 有
１ ２ ８ ６ １ ６个 ， 网格 单 元 有 １ ２ ２ ３ ４ １个 。 整体 网 格 划
ｓ （ ＋ ）
㈣
分 图如 图 ３所示 。
Ｌ述 方 程 的 模 型 参 数 为 ： Ｔ ］ 一４ ． ３ ８ ； ｐ ＝ ＝ ＝ ０ ．
表平 均应 变 率对 ￡的影 响 ， Ｒ 的 表达式 为 ：
90°弯管内流动的理论模型及流动特性的数值研究110(精)
第21卷第3期2004年6月计算力学学报ChineseJournalofComputationalMechanicsVol.21,No.3June2004文章编号:100724708(2004)032031420890°弯管内流动的理论模型及流动特性的数值研究丁珏,翁培奋3(上海大学应用数学和力学研究所,上海200072)摘要:从三维不可压缩雷诺时均Navier2Stokes方程出发,对90°弯曲管道内湍流流动进行数值模拟。
网格划分采用六面体网格,湍流模型为RNGk2Ε模型,在近壁区采用两层壁面模型进行修正,流场的计算结果与实验数据吻合较好。
在此基础上,本文数值研究了来流方向对流场结构和流动特性的影响。
得出在弯管流场中发生了分离现象,且随着来流侧滑角的增大,分离区范围增大。
此外,随着来流从同一侧滑角变换至同一攻角时,横截面的二次流图像中也从具有两个对称主涡变成只具有一个主涡的现象。
关键词:弯曲管道;Navier2Stokes方程;湍流模型;流动特性中图分类号:O357.5文献标识码:A1引言弯曲管道广泛地应用于工业、农业等机械设备上,如压缩机、泵及各种类型的热交换器,甚至核动力的管道系统中。
这些形形色色的弯管实现了流体输运和热量、质量交换等功能。
一般情况下,影响流体流动性质的因素有很多,诸如弯管的弯曲程度,流体的来流马赫数Ma,流体运动方向等。
在纵多因素的影响下,弯曲管道内的流场呈现出十分复杂的流动特性。
如一定来流条件下,在管壁附近形成分离区,管道横截面上产生二次流动,这些现象不仅造成流体总压和能量的损失,而且形成的局部障碍区域也使流动系统的阻力增大,降低了热量、质量的交换效率。
因此,弯管内的流动一直受到内流研究者的关注[123]较大成绩。
史峰[4]等人利用标准k2Ε湍流模型研究了Rc 弯道内的湍流流动。
计算发D=1.69的90°现利用k2Ε模型得到的流场时均速度分布与实验数据相比,在弯段Η=45°截面前,二者符合较好,即计算误差较小;当弯段Η>45°,存在较大的误差。
基于FLUENT的90°圆形弯管内部流场分析
通海阀内流场的三维数值模拟江山，张京伟,吴崇健，许清，彭文波摘要：以通海阀为研究对象，采用Fluent软件对通海阀在不同的开口度和流量下的内流场进行数值计算，给出通海阀阀腔内的速度场和压力场图。
根据该可视化结果分析影响通海阀性能和产生噪声的原因，为通海阀的内流道优化提供理论依据。
关键词：通海阀；RNG κ-ε湍流模型；Fluent软件；流场可视化Three Dimensional Numerical Simulation of The FlowField Inside Hull ValveJiang Shan ,Zhang Jingwei，Peng Wenbo(China Ship Development and Design Center,wuhan,,430064,China)Abstract：The research is focused on three dimensional simulation of the hull valve . The Fluent software has been applied to simulate the flow field inside hull valve at the conditions of different openings and different flux. And the pressure distribution and velocity distribution obtained through calculation. We search the reason which affect the capability and lead the noise of hull valve base on the visual result of simulation. The research result provide theoretics for optimizing the flow field inside hull vale.Key words：hull valve；RNG k-ε turbulent model; Fluent software；flow visualization1 引言通海阀是船舶内部管路系统与外界连接的重要装置，主要用于各管路海水注入和排出的控制和调节，因此其性能的好坏直接影响着全船各个系统乃至整个船舶的性能。
90°弯管内流动的理论模型及流动特性的数值研究110(精)
第21卷第3期2004年6月计算力学学报ChineseJournalofComputationalMechanicsVol.21,No.3June2004文章编号:100724708(2004)032031420890°弯管内流动的理论模型及流动特性的数值研究丁珏,翁培奋3(上海大学应用数学和力学研究所,上海200072)摘要:从三维不可压缩雷诺时均Navier2Stokes方程出发,对90°弯曲管道内湍流流动进行数值模拟。
网格划分采用六面体网格,湍流模型为RNGk2Ε模型,在近壁区采用两层壁面模型进行修正,流场的计算结果与实验数据吻合较好。
在此基础上,本文数值研究了来流方向对流场结构和流动特性的影响。
得出在弯管流场中发生了分离现象,且随着来流侧滑角的增大,分离区范围增大。
此外,随着来流从同一侧滑角变换至同一攻角时,横截面的二次流图像中也从具有两个对称主涡变成只具有一个主涡的现象。
关键词:弯曲管道;Navier2Stokes方程;湍流模型;流动特性中图分类号:O357.5文献标识码:A1引言弯曲管道广泛地应用于工业、农业等机械设备上,如压缩机、泵及各种类型的热交换器,甚至核动力的管道系统中。
这些形形色色的弯管实现了流体输运和热量、质量交换等功能。
一般情况下,影响流体流动性质的因素有很多,诸如弯管的弯曲程度,流体的来流马赫数Ma,流体运动方向等。
在纵多因素的影响下,弯曲管道内的流场呈现出十分复杂的流动特性。
如一定来流条件下,在管壁附近形成分离区,管道横截面上产生二次流动,这些现象不仅造成流体总压和能量的损失,而且形成的局部障碍区域也使流动系统的阻力增大,降低了热量、质量的交换效率。
因此,弯管内的流动一直受到内流研究者的关注[123]较大成绩。
史峰[4]等人利用标准k2Ε湍流模型研究了Rc 弯道内的湍流流动。
计算发D=1.69的90°现利用k2Ε模型得到的流场时均速度分布与实验数据相比,在弯段Η=45°截面前,二者符合较好,即计算误差较小;当弯段Η>45°,存在较大的误差。
断面平均流速
1.1.1 流体的主要力学性质
2.流体的黏滞性 流体流动时，流体内部各质点间或流层间因相对 运动而产生内摩擦力以反抗流体质点间相对运动 的性质，称作流体的黏滞性。管段中断面流速分 布如图1.1所示。
图1.1 平板间的速度分布
1.1.1 流体的主要力学性质
根据牛顿摩擦定律，可得到流体黏滞力的表达式为 T＝μ·A·du/dy(1.4) 式中：μ——流体的黏滞系数； A ——流层间的接触面积(m2)； du/dy ——流速梯度，表示流速沿垂直于流速方向的变化 率。 若用τ代表单位面积上流体的黏滞力，又称作切向力 τ＝T/A＝μ·du/dy(1.5) 流体黏滞性的大小除了用黏滞系数 μ 来表示外，还可用 黏滞系数与流体密度的比值ν来表示，即 ν＝μ/ρ(1.6) 为了区分这两个系数，μ称作动力黏性系数，ν称作运动 黏性系数。
1.1.1 流体的主要力学性质
3.流体的压缩性和热胀性 流体受压、体积缩小、密度增大的性质，称作流体的压缩 性；流体受热、体积膨胀、密度减小的性质，称作流体的 热胀性。对于液体和气体，其压缩性和热胀性有所区别， 因此要分别进行研究。 (1)液体的压缩性和热胀性 液体的压缩性通常用压缩系数β来表示，它的意义是：在 一定温度下，升高一个单位压力时，流体体积的相对缩小 量。液体的压缩性也可用体积弹性模数E(E为压缩系数β的 倒数)来表示，它是指单位体积的相对变化所需的压力增 量。液体的压缩性很小，通过计算，水的压力再增加一个 标准大气压时，其体积只缩小了1/20 000。因此，在实 际工程中，可认为液体流体的密度在整个流动过程中是不 变的，即认为是不可压缩流体。 流体的膨胀性通常用膨胀系数α来表示。它是指在一定的 压力下温度升高1K时，流体体积的相对增加量。不同的流 体随着温度的变化，其体积都有所变化，因此在实际工程 中，要考虑受热体积膨胀带来的危害。
圆形管道截面的流速分布实验与分析
圆形管道截面的流速分布实验与分析作为流体力学的一部分，微小管道的流速分布被广泛用于研究，以找出更多有关流体流动机制的科学规律。
关于特定形状的微小管道的流速分布的研究，能够更深入地发现特定形状的管道流动的优势和不足，提升流体控制的效率。
在此背景下，本文试图对圆形管道截面的流速分布进行研究，从而找出更有效、安全地运用圆形管道截面的经验。
本次实验采用了三种不同的实验方法：一种是管道内部的实验，即针对流体大小的变化，建立定常的管道，测量管道中流速分布；第二种是管外实验，即在管道外部直接测量流速分布；第三种是在管道内部实验中采用激光测向器来测量流速分布。
实验仪器主要包括：管道支架，定量泵、流量采样器、油温计、控制器、计算机、实验电路等；实验仪表主要包括：涡街流量计、普通压力表、温度计、流量测试仪、激光流量测向器等。
实验开始先对实验系统进行系统检查，实验仪表的校准，仪器调试，在调试完毕之后，可以开始测量流速分布。
具体来说，首先在系统中设置一定的流体流量，并进行实验，根据涡街流量计的测量结果，进行计算，确定流速分布。
经过几次实验，可以得到圆形管道截面的流速分布情况，对比变化，得出结论。
经过实验，我们发现圆形管道截面的流速分布具有鲁棒性，并且流速非常均匀，特别是在管道内部测量结果明显比管外测试更加均匀。
而且，从实验中可以看出，圆形管道截面的流速随着流量的增加而上升，且均匀性保持良好。
此外，本次实验中还发现，当管道的流量稳定时，随着管道内部的流速分布上升，出口的压力也会相应地增加。
因此，圆形管道截面可以在处理流量变化较大的情况下取得良好的控制效果，确保系统的安全性和可靠性。
根据本次实验结果，圆形管道截面的应用有一定的优势，能够在某些特定的工况条件下取得更加良好的控制效果。
但在应用时，也要谨慎考虑管道内流速分布，以及管道外空间的流量变化，以确保系统的安全性和可靠性。
总之，本次实验结果表明，圆形管道截面的流速分布具有较好的鲁棒性，可以有效地对流量变化进行控制，因此可以作为流体控制中一种有效的管道截面型号进行推荐。
圆形管道截面的流速分布实验与分析
圆形管道截面的流速分布实验与分析从过去到现在，管道系统已经成为各种工业和建设中重要的部分，它们可以把各种不同的流体和气体从一个地方输送到另一个地方。
在管道中，流动的流体会产生各种流动现象，这些现象会直接或间接的影响到管道的效率和安全性，如果不能正确地理解和控制这些流动现象，就会造成不利的后果。
为了正确地了解和控制管道的流动现象，国内外的科学家开展了大量的实验，例如，以改善管道流体实验室实验数据，在实验室中开展了《圆形管道截面的流速分布实验与分析》。
本实验使用了一台具有常规规格的圆形管道截面实验装置，管道内部直径为0.31 m，管道长度为2 m，管道整体呈90度右拐弯。
该装置装有一台FBL-1830流量计，用于测量管道内流速。
实验过程中，通过操控进口流量测量装置，使管道内的流速从0.1到1.6的不同水平，在每一组实验中，测量10次，其中每次测量取均值得出每一种流速的流量。
实验数据分析。
利用实验数据，绘制出流量随流速的关系曲线，直观地表明了圆形管道内流速分布情况，即在低流速条件下，管道内流速分布接近均匀分布，而在高流速条件下，管道内流速分布不均匀。
实验结果分析. 从实验结果看，管道内流体逐渐从上部改变为下部的流速是不均匀的，主要的原因是流量的变化，变化的速度是不一样的，流量在上端变化比较快，而在下端变慢，从而导致了流速的变化不均匀。
根据实验结果，有关人员可以通过改变管道内水平分布以及流量均衡模式，提高管道内流动现象的控制和了解能力；同时，也可以根据实验结果，指导管道设计方案，调整管道的流动现象。
总之，实验结果可以提供管道设计和管道系统流体控制的重要参考，以便更好的理解和控制管道的流动现象。
具体来说，圆形管道截面的流速分布实验可以帮助明确不同流量范围内的流速分布特征，从而提高管道流体控制的能力，为管道的设计提供了重要参考。
本文通过对圆形管道截面的流速分布实验与分析，可以更好地了解和控制管道中流体的流动现象，它可以更好地指导管道设计和操作，从而降低管道系统内发生意外情况的风险。
圆管紊流断面上的速度分布
圆管紊流断面上的速度分布把流体视为一系列的粒子，流体在空间上的运动是由它们互相受力作用的结果。
因此，关于流动过程的研究，尤其是对流体在空间上的流动特性的理解，对于进行流体力学研究工作至关重要。
而圆管紊流断面上的速度分布，是一个重要的内容。
圆管紊流断面上的速度分布，是指圆管断面上，流体的分布规律，以及流体速度的变化情况。
简而言之，就是要研究圆管断面上流体的流量分布，速度的分布情况，以及流量和速度之间的关系。
圆管紊流断面上的速度分布，是一种复杂的现象，它由以下几方面决定：第一，紊流的特性本身；第二，圆管断面的形状，如圆管管径、圆管壁厚度等；第三，流体的流速；第四，流体的密度和粘度；第五，流动中的动力学状态；最后，紊流断面上可能存在的阻力或流通损失。
因此，圆管紊流断面上的速度分布，是由紊流的特性、圆管断面的形状、流体的流速、流体的密度和粘度以及动力学状态和阻力损失共同决定的。
圆管管径直径比和壁厚比对速度分布有很大的影响，即改变圆管断面的形状，就会对速度分布产生影响。
另外，流速也是重要的影响因素，流速增加时，流体的分布更加均匀，同时也会改变速度分布。
最后，流体的密度和粘度也会影响速度分布，随着粘度的增加，速度分布会变得更加集中和不均匀。
尽管流体在圆管断面上的速度分布是一个复杂的过程，但就其本质而言，圆管紊流断面的速度分布的基本特征可以简单地用均匀分布模型以及非均匀分布模型来说明。
在实际测量中，两种模型可以用来描述流体在断面上的速度分布；除此之外，还可以用模拟方法来计算速度分布，以及圆管断面上的流动场。
另外，对于圆管紊流断面上的速度分布的研究，采用数值模拟也是一个行之有效的方法。
数值模拟可以精确地反映流体在空间上的运动特性，而且可以考虑到紊流断面上可能存在的动力学状态和阻力损失，以及不同流体参数对流动场的影响。
从上面可以看出，圆管紊流断面上的速度分布是一个复杂的现象，研究它会有助于我们更好地理解流体在空间上的流动特性。
工程流体力学中的圆管流体流动分析
工程流体力学中的圆管流体流动分析在工程流体力学中，圆管流体流动分析是一项重要的研究任务。
圆管流体流动是指在圆形截面的管道中，流体经过管道内壁的摩擦作用，产生的流动现象。
对圆管流体流动进行分析，可以帮助我们理解管道内部的流动特性，进而优化工程设计和处理流体相关问题。
首先，圆管流体流动的基本方程是由连续性方程和动量方程组成。
连续性方程描述了流体在管道中的质量守恒，即单位时间内流入管道的质量等于单位时间内流出管道的质量。
动量方程则描述了流体在管道中受到的力和产生的加速度之间的关系。
通过求解这些方程，可以得到流体在管道中的速度分布和压力分布，从而全面了解流体流动的特性。
其次，当流体在圆管中流动时，由于管壁对流体的摩擦力作用，流体流速会在管道壁附近达到最小值，并在管道中心达到最大值。
这种速度分布称为层流。
层流的特点是速度分布均匀，流动稳定，并且粘性力起主导作用。
而当流速增加到一定程度时，流体流动呈现出不稳定的现象，涡流开始出现，并在管道中形成乱流。
乱流的特点是速度分布不均匀，流体粘度对流动的影响较小，也更容易产生流体的混合。
此外，圆管流体流动还受到很多因素的影响。
其中，流体的性质（如粘度、密度等）、管道的几何形状和尺寸以及边界条件等因素都会对流动的特性造成影响。
在工程实际中，需要根据具体问题的要求，考虑这些因素的综合作用，并进行流体流动的数值模拟和实验研究，以获得准确的结果。
在实际工程应用中，圆管流体流动分析具有重要的实际意义。
例如，在给水管道中流体的流动分析可以帮助我们确定管道的尺寸和流量，确保给水系统的正常供水量。
又如，在油管输送系统中进行流动分析可以帮助我们优化管道设计，减少能源消耗和运输成本。
此外，在汽车机械中，圆管流动分析也可以用于研究排气系统和冷却系统中的流体流动，提高发动机的性能和效率。
总之，工程流体力学中的圆管流体流动分析是一项关键的研究任务，通过解决圆管流体流动问题，可以为工程设计和流体处理提供准确的流动特性和相关参数。
T型三通和圆弧型三通流场的数值模拟
T型三通和圆弧型三通流场的数值模拟摘要“三通”结构形式的不同会造成不同的水头损失，在使用中能量损失很大，所以对三通结构进行优化，减小沿程水头和局部水头损失有相当大的意义。
本文利用计算流体动力学软件(CFD)对等直径的T型三通和圆弧型三通进行三维数值模拟研究，对其进行分析，对比结果得出如下结论：(1) T型三通在叉道处水流冲击到水平流道上壁后，反射回流;圆弧型三通水流较平稳，其内部不会产生明显的回流。
(2)在进口流速相同的情况下，出口处T型三通的流量、流速、动压都小于圆弧型三通，在T型三通中流动的水头损失要大于圆弧型三通。
(3) T型三通和圆弧型三通在截面上的水头损失都与进口水头大小的改变有关，随着进口流速的增大同一位置截面的水头损失率也增大。
关键词：三通数值模拟流场压降水头损失AbstractThe different structure of the three-way pipe lead to the different local loss of head，In the use of energy losses. optimize the form of T shaped three-way pipe is a good idea to reduce the pressure of the Drip irrigation system and the local loss of head. In this paper, Analyze the turbulent flow in two kind of different channel form of T shaped three-way pipe by the Numerical simulation software. Contrasted the flowing characteristics which are in the two kind of different flow channel forms of T shaped three-way pipe .In the last it get to the computed result of T shaped three-way pipe,carries on the analysis comparison, conclusion: （1）T shaped three-way pipe In the road to flow in horizontal flow on the wall, reflective backflow, A steady stream of circular arc tee, its internal won't generate obvious backflow.（2）In the same import velocity, in exit T shaped three-way pipe Flow, the flow velocity and pressure less than circular arc three-way pipe. T shaped three-way pipe flow of head loss than arc tee.(3) “T and arc” Shaped Three-way in the section on the head loss and the size of the related importing head, with the change of the same position velocity increasing import of head loss.Keywords: T branch pipeline Numerical simulation Flow field pressure drop loss of head目录摘 要 (I)Abstract (II)目 录 (I)第一章 绪论 (1)1.1研究意义 (1)1.2国内外研究现状 (1)1.3本文研究内容简介 (3)1.4本章小结 (3)第二章 研究“三通”流场的理论基础和数值方法 (4)2.1 Fluent软件介绍 (4)2.2 水力计算基本方程 (4)2.2.1 N-S方程 (4)2.2.2 雷诺方程 (6)2.2.3 k-ε方程 (6)2.3“三通”计算数学模型 (7)2.4 控制方程的离散及求解方法 (8)2.4.1控制方程的离散 (8)2.4.2 求解方法 (8)2.4.3 SIMPLE算法 (9)2.5本章小结 (9)第三章 三通的数值模拟 (10)3. 1引言 (10)3.1.1 Gambit简介 (10)3.1.2 Fluent的应用 (10)3.1.3 求解方案的制定 (11)3.1.4 求解问题的步骤 (11)3.2 实际模型结构参数 (12)3. 3边界条件及网格划分 (12)3.3.1 边界条件 (12)3.3.2 三通流场的进出口情况 (13)3.3.2 网格划分 (13)第四章 数值模拟分析和结果对比 (15)4.1 流速分析 (15)4.1.1不同三通流场的流速分布 (15)4.1.2 出口管段管不同截面的水力分析 (17)4.1.3水力参数的计算 (22)4.2不同三通流场的出口动压力分布 (23)4.3 T型三通和圆弧型三通的壁面压力分布 (24)4.3.1 压降的计算 (25)第五章 结语 (29)5.1 本论文得到的主要结论 (29)5.2展望 (29)致谢 (31)参考文献 (32)附 件:外文文献翻译第一章绪论第一章 绪论1.1研究意义在农业上也有着广泛的应用。
管道流速测定
将三维问题简化为二位轴对称问题，建立网格：半径为1cm，长为10cm的圆管
显示网格：
进气口边界条件2个大气压，出气口边界条件为1个大气压；计算求解器采用压力基隐式求解；计算模型采用k-epsilion双方程模型；流体采用理想气体。
迭代4000次之后的阻力检测曲线：
迭代4000次的残差检测曲线：
管内的速度分布云：
速度等值线：
流函数分布云：
流函数等值线：
镜像之后流函数的云图：
镜像之后速度的等值线云分布：
镜像之后速度等值线：
速度矢量分布图：
出口处的速度剖面图：
压力分布云：
进出口处的速度剖面图：。
流速曲线的原理和应用
流速曲线的原理和应用1. 引言在液体力学和流体力学研究中，流速曲线是描述流体在管道中流动速度变化的重要工具。
流速曲线可以帮助我们理解流体在不同管道结构中的流动特性，并且在工程应用中有着广泛的应用。
2. 流速曲线的原理流速曲线基于流体力学的基本原理，主要依据质量守恒定律和动量守恒定律进行推导。
在管道中流动的液体，通过断面的流量保持不变，但由于管道几何形状的变化，导致流速随着管道位置的不同而发生变化。
流速曲线通过绘制流速随着管道位置变化的曲线图，将流速变化的规律可视化，方便我们观察和分析。
3. 流速曲线的绘制方法绘制流速曲线需要测量不同位置的流速数据，并进行实验或计算处理。
以下是一种常用的流速曲线绘制方法：1.选择研究对象：确定需要研究的管道或流体系统，并获取相应的参数和数据。
2.测量实验数据：在管道不同位置处，利用流速仪器（如流速计）进行流速测量，记录下相关的实验数据。
3.数据处理：根据实验数据，计算每个位置的流速，并将数据整理成表格或图表。
4.绘制流速曲线：使用绘图软件或手工绘图的方式，将流速数据绘制成曲线图。
横轴表示管道位置，纵轴表示流速。
5.分析和解读：根据绘制的流速曲线，观察和分析流速随着管道位置变化的规律，并从中获取有价值的信息。
4. 流速曲线的应用流速曲线在工程应用中有着广泛的应用。
以下是一些常见的应用：1.流体力学研究：通过绘制流速曲线，可以帮助研究人员深入理解流体在管道中流动的规律，探究不同管道结构对流体流动的影响。
2.管道设计与改进：流速曲线可以提供有关流速变化和流体分布的信息，对于管道系统的设计和改进具有指导意义。
工程师可以根据流速曲线的分析结果来调整管道的尺寸和布局，以达到更好的流体流动性能。
3.水力计算与模拟：在水力学领域，流速曲线可以作为计算和模拟的依据。
通过根据流速曲线进行数值计算，可以对水力系统的运行和性能进行评估。
4.流体流速监测：实时监测流体在管道中的流速变化是许多工业和环境应用中的重要任务。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
（ｉｉ ｉｅｓｔ，ｉｉ１ ８ ０ Ｃ ｉａ Ｊ ｖ ｒｉ Ｊ ５ １０， ｈｎ ） ｘ Ｕｎ ｙ ｘ
摘 要 ： 于弧形 封 闭管道 的紊 流速 度分 布研 究也是 基 于 圆形 断面 管道 紊流 的理论 基础 之上 ， 且结 合 一定 的假 设 来数 值模 拟弧 形封 闭 管道 对 并 的紊 流速度 分布规 律 。 过大量 的 实验 证 明本文 的研 究方法及 程序 较好 的模 拟 了弧 形封 闭管 道的紊 流速度 分 布情 况， 下一步研 究 淤积管 道的 通 为
一
设 弧 形 封 闭 管 道 两 端 的 压 力 分 别 为 Ｐ、 管 道 长 度 为 Ｌ 由平 ， Ｐ ， 衡 条 件 可得 ： Ａ（２Ｐ ）Ｔ ｒ 叮 ）＋｝ｒ ｓ ｃ Ｐ一 １＝ｗ ｏ Ｔ Ｌ Ｔ ｏ ｉ ｔ ２（一 ２ ｌ Ｌ ｎ （） ３
半即可 为ｆＴ 与Ｔｐ ｆ 。因 ｌ ｒｋ ＝ｒ ＝
Ｔ ＾ ． ｙ ＝ — （） １
１ 边 壁 切 应 力
沿程 阻力系数 ｋ． 可用柯列布鲁克一 ｗ 怀特公式刚求得 ：
去 ｇ （
设 Ａ ： ：Ｐ， Ｊ Ｐ Ｐ一 且 ：
一 ｖＬ
）
， Ａ 代入公式（ 整理得 ： 将 、 ３）
３２速度 求解过程 如果 零剪 力点 Ｏ 在 圆心点 Ｏ以上 ，且零剪 － 力点 Ｏ距 圆心 Ｏ点距离为 ａ 采用极坐标形式 ， 。 ０为任一射线与 中垂 线 的夹 角 ； 射 线 与 固定 边 界 交 汇 处 的边 界 剪 应 力 ： 线 与底 部相 Ｔ为 射 交 时 Ｔ就 是 Ｔ： 射线 与 圆 周相 交 时 ｆ就是 。 由对称 性 可 知 ， 求 出 只
＾ ｙ
（） ４
、 ／
＝
ｌ ｎ
（ ６ ）
ห้องสมุดไป่ตู้
另 一 半 断 面 的 流 速 分 布 ， 于 对 称 性 可 知 ， 加 上 边 界 的 流 速 由 再 为 零 。 此 ， 得 到 了整 个 弧 形 的 对 数流 速 分 布 公 式 ， 用数 值 方 法 因 就 可 ２ 零 剪 力 点 求 解 。 文将 弧形 封 闭管道 的紊 流 速 度 分布 公 式 结 合 边界 条件 用程 本 判断零剪力点的准则 ：以断面内任 一点为中心计算剪力矩 ， 剪 序 加 以 实现 。 力矩和最小的点就是零剪 力点。 ４ 实 验 结 论 根据 对称 性可知 ， 零剪 力点 一定在 断面的中垂线上 ， 且是最 大 通过弧形的两组 实验数据与计算值的 比较 ， 第一组实验条件是 流 速 ｕ瓿的所 在 位 置 。 ｍ 管壁粗糙度 Ａ ： ｂＯ００ ４ △： ． ０ ｍ；平均 速度 Ｕ ０７ ／；＝ ．；＝ ．， ０ ＝ ．ｍｓｒ ０５ｂ ０１ 第 ０ 设 当零 剪 力点 ０ 在 圆 心 。 以下 时 ，且 设 ０ ａ ＡＡ Ａ ＝ ｉ 二 组 实 验 条 件 是 管 壁 粗 糙 度 △ ＝ ｂＯ ０ １ 点 ｏ ； ｏ ＝ △＝ ． ０ ｍ；平 均 速 度 Ｕ Ｏ ｒ ｓ Ｏ ＝ ．ｒ ； ７ｇ ｒ ０ ｒ ０ ：＝ ．。空心点是实验数据值 ， ０ ． ｂ ０２ ＝５ 实线是计算值。 ０ Ａ＿ｒ ｏｆ 垒 １ ， ， ｃｓ ０ ａ ｃ 二一 ｏ 通 过实验与计算 比较 ， 算值 与实验值较好 的吻合 ， 大相对 计 最 误差不大于 ５ ％。通过程 序计算得到第一组 的最 大速度点在圆点上 平面 的剪 力 矩 为 ： ｆ Ｖ＇ｒ — ｚ —ａ－ ２ ｂｂ ００ ４ ｍ 处 ： 二 组 的最 大 速 度 点 在 圆点 上 ０ ４ ０ 处 。 ．１ ５ 第 ． ３ｍ ０
关 键词 ： 形封 闭管道 ； 流速 度 ； 剪 力点 ； 力坡度 弧 紊 零 水
Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｓ ｄ ：ｐｉｅｏ ｒｈｉｇｓ ｃｉｎ； ｔｒｖ ｌｃｔ； ｅ ｏｓ ｅ ｏｎ ； ｔｒ ｏ ｒｇａ ｉｎ ｐ ｆａ ｃ ｎ ｅ ｔ ｏ ｗａｅ ｅｏ ｉ ｚ ｒ ｈ ａ ｐ ｉｔ ｗａｅ—ｐ ｗｅ ｒ ｄ ｅ ｔ ｙ ｒ
解 决 方法提供 了理 论依据 。
Ａｂ ｔａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ｔｈ ｕ ｈ ｒｂ ｓ ｓ ｏ ｏ —ｔｅ ｒ ｎ ｓｍｅ ｔｎａｉｅ ｔ ｅ ｅ ｒ ｈ ｔｅ ｒ ｆｗａｅ ｅｏ ｉ ｎ ｐｉｅ ｏ ｒｈｉｇ ｓｃｉｎ．Ｍ ａ ｙ ｅ ｐ ｒｍｅ ｔ ｅ ａ ｔ ｏ ａ ｅ ｎ ｆ ｒ— ｏｙ ａ ｄ ｏ ｅ ｔｔｖ ｏ ｒ ｓ ａｃ ｈ ｏｙ ｏ ｔ ｒｖ ｌｃｔ ｉ ｐ ｆａ ｃ ｎ ｅ ｔ ｈ ｙ ｏ ｎ ｘ ｅｉ ｎｓ
・２ ２・ ０
价值 工程
弧形封 闭管道断面流速模 型研 究
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ Ｗ ａ ｅ ｌ ｃ ｔ ｎ Ａｒ ｈｉ ｐ ｓ ａ ｃ ｎ ｔ ｒ Ｖｅ ｏ ｉｙ ｉ ｃ ｎｇ Ｐｉ ｅ
王 丽敏 Ｗ ａ ｇＬｍｉ 张 士 林 Ｚ ａ ｇＳ ｉｎ ｎ ｉ ｎ； ｈ ｎ ｈｌ ｉ
Ｔ ｐ （ ｒ｝ｆ ｝：ａ １ ） 一ｚ
将 公式 （ 积 分得 ： ５）
１ 相等， 则
（） ５
１ ｚ
２Ｔ 一 １Ｔ 匣 ｔｗ ｉ 匣 ＿ ） ｏｆ ｆ ｆ百 垂 １ ＋ Ｊ — ＿ Ｌ — — ＿ Ｌ — —— — — Ｄ 一 — ＝
ｐ ｏ ｅ ｈａ ｈ ｈｅ ｒ ｎ ｒｇ ａ ｏ ｉ ｒｉｌ ｒ ｏ ｒ ｃ， ｎ ｔｉ ｏ ｄ ｗａ ｏｓ ｌｅｆｌｅ ｐ ｐ ｐ ｆｃｒｕ ａ ｅ ｔ ｎ ｒ ｖ ｄ ｔ ｔｔ ｅｔ ｏｙ ａ ｄ ｐ ｏ ｍ ｆｔ ｓａｔｃｅａ ｅｃ ｒｅ ｔ ａ ｄ ｉ ｓａｇ ｏ ｙｔ ｏｖ ｌｄ ｕ ｉ ｅｏ ｉｃ ｌ ｒｓ ｃｉ ． ｒ ｈ ｉ ｏ
中 图分 类 号 ： ７ Ｕ１１
文 献 标 识码 ： Ａ
文 章 编号 ：０ ６ ４ １ （０ ０）５ ０ ０ — １ １０ — ３ １２ １ １ — ２ ２ ０
Ｔ仍近似符合线性关 系， Ｔ Ｔ ， 中 Ｔ为边壁应 力 ；为零剪力 即 ｒ｝ 式 ＝ ｌ 设 ｒ为弧形圆周半径 ， ｏ ｂ为截面到圆底 的距离 ， 和 分别为 或 一 到边界的距离。②ｆ沿该 射线仍用普 朗特半经验 圆 周 部 分 及 底 部 的边 壁 切 应 力 ： 断面 的 平 均 流 速 为 Ｕ， 根 据 范 点（ ｕ 所在点 ） 设 则 宁 公 式『１ 圆 周 部 分及 底 部 的 边 壁切 应 力 ＿ ： 】可得 １ ２ ３ ｌ 理论公式 表达， ｒｋ 即ｒｐ ｆ ＝ １ ： 。