基于ANSYS软件的压力管道内部流场数值模拟

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表4.1
电器1电器2电器3电器4电器5电器6电器7
电压/V实际242242241242232242232显示242242241242232242231
电流/mA实际 6.213.51829.625.548.536.76357显示61318292548366000
功率/W实际 1.09 1.5449.6 3.5 6.2 5.41474.8显示114433551468
功率因数实际0.790.51710.570.450.571显示0.820.540.890.590.490.571
表4.2
电器电器1电器2电器3电器4电器5电器6电器7是否可学
习和识别
√√√√√√√5 结论
本次设计实现了实时分析监测一个至七个用电器的电能参数，在LCD显示屏上显示电压、电流、有功功率和功率因数。

任意拔插某一个或几个电器可以识别出插座上存在的电器类型。

该装置可应用了事业单
位、学校等公共场所，也可用于普通家庭，具有良好的应用前景。

参考文献：
［1］黄迪.物联网的应用和发展研究［D］.北京邮电大学，2011.［2］程媛.家用电器负荷在线参数辨识方法的研究［D］.华北电力大学(北京)，2016.
［3］刘博.非侵入式电力负荷监测与分解技术［D］.天津大学，2014.［4］王正刚，柏受军.基于STM32的单相用电器分析监测装置设计［J/OL］.铜仁学院学报,2018.
［5］刘子扬.单相电力仪表的设计与应用［J］.电子制作，2016.
基于ANSYS软件的压力管道内部 
流场数值模拟
郭洪锍
（江苏省特种设备安全监督检验研究院泰州分院，江苏 泰州 225300）
摘 要：利用理论计算和数值模拟对压力管道内流场进行分析，得出压力管道弯管处流场的速度和压力分布云图,为今后的压力管道的设计和使用提供借鉴。

关键词：ANSYS；数值模拟；压力管道
0 引言
作为特种设备的压力管道在国民生产中的应用非常广泛，在油汽运输领域更是发挥着极其重要的作用。

由于压力管道尤其是埋地压力管道的安全与其选用的材料、外界环境和内部介质密切相关，长期以来对压力管道的研究就从未间断，本文通过对压力管道内部流场特别是弯管处流场的理论计算和数值模拟，得到了合理的结果，为压力管道的设计研究提供一定的理论依据。

1 背景
在压力管道的设计现场安装中，由于受到地形环境因素的影响，不可避免地存在弯管处。

由于压力管道内流体介质运动的复杂性和无规律性，流体的速度和压力在弯管处会对压力管道壁产生冲击。

利用有限元分析软件ANSYS对弯管处流场进行分析，得出流体介质流经弯管处速度和压力分布。

本文选取不等直径压力管道如图1所示，初始条件为:压力管道入口直径D=200mm；出口直径D=500mm.入口流速V=0.1m/s，方向平行于垂直管道轴线。

流体密度ρ=1kg/m3，流体粘度μ=0.011kg/m·s。

2 流场流动的数学模型
根据牛顿型流体雷诺数公式（1）
可知为层流模型。

（1）
本构方程为：
（2）将本构方程代入流体力学微分形式方程可得到牛
作者简介：郭洪锍(1985- ), 男, 江苏靖江人，江苏省特种设备安全监督检验研究院泰州分院，工程师。

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顿流体的运动方程：
DU =f -1ρ∆
p -1ρ∆-1ρ∆(23μ∆·U )+1
ρ
∆
·(2μS ) （3）
不可压缩牛顿流体在柱坐标系中的表达式为：
（4
）
（
5.a）
（
5.b）
（5.c）
边界条件为
（6）
（7）
上式中可由伯努利
方程求出如下：
（8）
由式（0.4m 处流
体的流动速度为0.0487m/s。

3 采用Ansys 进行分析（一）建立模型
在 ANSYS 软件中利用其自带的建模功能建立压力管道二维简化模型。

（二）网格划分
划分网格时，由于流场在压力管道弯管弯曲处较复杂，因此在弯曲处进行了较细密的网格划分，网格
划分后模型如图2
所示。

图2 有限元网格图
（三）施加边界条件
压力管道加载后模型如图3
所示。

图3 模型加载图
（四）求解
对加载后的模型进行求解以后，可以得出速度矢量图和压力分布云图如图4和图5
所示。

图4 速度矢量图
4 分析与比较
由图4可以看出使用Ansys 软件的速度分布与和理论计算结果相一致。

通过Ansys 软件对压力管道内部流场的分析和数值模拟，
可知在弯管处流场产生明
图1 分析区域模型图
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图5 压力分布云图
显的紊流，导致速度值和压力值发生瞬时的改变。

另外由于压力管道内部介质的腐蚀性对压力管道的壁厚
产生影响，因此在压力管道的设计时应特别注意。

参考文献：
［1］李万平.计算流体力学［M］.武汉：华中科技大学出版社,2004,10.［2］邵蕴秋.ANSYS8.0有限元分析与实例导航［M］.北京：中国铁道出版社,2004,4.
［3］余伟炜,高炳军.ANSYS在机械与化工装备中的应用［M］.北京：中国水利水电出版社,2006,1.
［4］王瑞金，张凯，王刚.Fluent技术基础与应用实例［J］.北京：清华大学出版社，2007,2.
［5］段睛文，杨新乐，李惟慷.ANSYS在除尘管道内流场分析的应用［J］.煤矿机械，2004,7.
［6］袁莉.基于Ansys通风机流场的仿真［J］.煤矿机械，2007,1.
［7］刘霞,葛新锋.FLUENT软件及其在我国的应用［J］.能源研究与利用,2003,2.
［8］丰存礼,刘成,张敏华.商业软件Gambit和Fluent在化工中的应用［J］.计算机与应用化学,2005,3.
［9］郭洪锍.基于ANSYS和Fluent软件的导流管流场分析［J］.机械设计与制造,2008,09.
［10］郭洪锍.基于UG的渐开线直齿圆柱齿轮参数化建模［J］.济南职业学院学报,2013,02.
浅谈长春地区顶管施工的几点建议
李 琳，牛 雷，那雯琪，张 畅
（吉林建筑大学，吉林 长春 130000）
摘 要：顶管施工作为一个影响较小，施工的场地小，噪音小，并且可以深入地下施工的用于市政施工的非开挖掘进式管道铺设的施工技术，已在北上广等诸多一线城市的地下施工中广泛运用。

然而在东北地区应用的数量几乎为零，长春作为一个正快速发展的城市，地上地下的建筑想必只会越来越复杂，显然对顶管施工的研究在地下施工技术中是有重大意义的，同时也是具有创新性和前瞻性的。

本文综合上海等比较成熟的顶管施工实例与长春的土质，对长春地区的创新性顶管施工提出几点建议。

关键词：顶管；长春地质；地下施工
0 前言
顶管施工最为突出的就是其对地质等诸多因素的适应性问题，应根据所建管道处不同的地质情况与不同的施工条件，去选择与之能够适应的顶管施工方式，这样才能达到事半功倍的效果。

而今，在顶管广泛使用的城市地质情况与长春有着很大的差别，如何在长春也能做到不陌生地去运用顶管施工，成为一个问题。

本文主要讨论在长春地区土层中顶管施工的一些技术问题与处理措施的建议。

1 地质条件
长春市属于天山兴安地槽褶皱区，其城区下分布着较厚的白垩系泉头组，是赤色较粗粒碎屑岩，均为含水性极微层或不透水层，倾角小，岩层较为致密。

此外，第四世纪沉积相当普遍，洪积层上部为黄土状物质，下部为赤色粘土或砂粒层。

长春用于施工深度的土层为黄土层，黄土是一种在特定地理环境条件下第四纪以来沉积和成壤的地质体，一定气候条件下形成的一种特殊土，主要颜色为棕黄或浅黄色；颗粒成分以粉粒为主，约占整个颗粒的60%~70%，不含大于0.25mm的颗粒，具有孔隙，孔隙度高达40%~50%；一般黄土天然含水量小，遇水易剥落侵蚀，容易产生潜在的剥蚀而形成坍穴。

本文就这一地质特点对长春地区的顶管施工提出几点创新性建议。

2 顶管机的选用
对于黄土这种地质条件，我们通常会使用单刀盘土压平衡式掘进机或者偏心破碎泥水式掘进机。

黄土具有遇水软化、强度低、纵向裂缝发育的特性，容易受雨水冲刷侵蚀。

在进行黄土顶管施工时，如果地下水位高，则会使黄土中顶管的地基承载能力下降，导致地表和顶管大幅度沉降。

这时应当使用单刀盘土压平衡式掘进机来进行掘进作业，因为其有以下优点：1.适用的土质范畴很广泛；2.施工后地面沉降小；3.弃土的处理比较简单；4.可在复土层仅为管外半径0.8倍的浅土层中施工；5.有完整良好的土体改良系统和优秀的土体改良的功能；6.掘进机开口率达100%，更加符合土压力对其的要求。