fluent实例-油水两相管内流动模拟

油水两相流弯管流动模拟

弯管被广泛应用于石化、热能动力、给排水、钢铁冶金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道系统动力失稳，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，较单相流动复杂，且通过弯管时由于固壁的突变，使得流动特性更为繁杂。因此，研究水平弯管内油水两相流的速度、压力分布等流动特性，不仅能够为安全输运、流动参数控制等提供参考，还可为管线防腐、节能降耗措施选取等提供依据。

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，截取了图所示的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%。

二、模型建立

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

如图所示。

2.选择圆面，保持Move被选中，在Global下的x栏输入1.8，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，如图所

示。

4.在Create Real Cylinder面板的Height栏输入5，在Radius1栏输入0.3，选择Axis

Location 为Positive X，生成沿x方向的5m直管段，如图所示。

5.同方法，改变Axis Location为Positive Y生成沿y方向的5m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-1.8，最后的模型如图所示。

7.将3个体合并成一个，弹出Unite Real Volumes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Create Boundary Layer面板，在Edges黄色输入栏中选取线3。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Mesh Faces面板，运用Quad单元与Pave方法对该圆面进行划分，在Interval size

栏输入0.05，生成的面网格如图所示。

3.运用Hex/Wedge单元与Cooper方法对该圆面进行划分，在Interval size栏输入0.1，

生成的体网格如图所示。

4.选择面4作为进口，定义其为PRESSURE_INLET，命名为in；选择面9作为出口，定义

其为PRESSURE_OUTLET，命名为out，如图所示。

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，网格读入之后，检查网格的

信息，待最后一行出现“Done”语句。

2.从Scale Grid对话框中可以看出计算区域的尺寸范围，如图所示。

3.弹出的Solver对话框中保持默认设置，如图所示。

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

Model选项下选择Realizable，保留其他默认设置。

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

6.在弹出的Fluent Database Materials对话框中，将数据库中的材料——水和油都拷贝

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water-liquid，并在Name文本框中输入water。

8.如图所示，在Set Units对话框中，选择Quantities中的pressure。在弹出的Define

Unit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MPa。

9.打开Operating Conditions对话框，选中Gravity，指定重力方向为z轴，在Z[m/s2]

右侧输入-9.8。

10.定义边界条件。

11.在Solution Controls对话框中保持默认设置。

12.对流场进行初始化。

13.在Residual Monitors对话框中选中Plot，打开残差曲线图。保持FLUENT默认各参数

的收敛精度要求为0.001。

14.将文件保存。

15.设置迭代步为1000步，开始解算。

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New Surface Name中输入x=-2.5，生成第一个截面，如图所示。

18.选取Contours of为Pressure…和Static Pressure，弹出压强云图。改变Contours of

为Velocity…和Velocity Magnitude，则显示为速度云图，如图所示。

压强云图

速度云图19.安全退出FLUENT。