基于fluent的高压喷嘴射流的数值模拟

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1、·机械制造与研究·周章根，等·基于Fluent的高压喷嘴射流的数值模拟基于Fluent的高压喷嘴射流的数值模拟周章根。马德毅(西南科技大学制造科学与工程学院，四川绵阳621010)摘要：研究收缩型喷嘴在初始压力为100MPa，出口直径为1mm的情况下喷嘴流场的速度、压力、湍动能等物理量的分布规律。选择不可压Reynolds方程作为动量方程，利用Fluent的SIMPLEC算法进行求解，对收缩型喷嘴射流进行数值模拟。结果表明：流体速度在喷嘴收缩段迅速增加，在离开喷嘴后出现等速流核区；流体动压在喷嘴收缩段增长快速，在等速流核区保持不变；仿真结果与理论推导相符合。关键词：Fl

2、uent；喷嘴射流；Reynolds方程；数值模拟中图分类号：TH12；TP6文献标志码：A文章编号：1671-5276(2010)014)061-02NumericalSimulationofHigh-pressureJetNozzleBasedonFluentZHOUZhang-gen，MADe—yi(CollegeofManufacturingandEngineenng，SouthwestUniversityofScienceandTechnology，Mianyang621010，China)Abstract：Thispapernumericalystudies

3、thedistributionregularitiesofthephysicalquantityofvelocity，pressure，rapidkineticenergyandSOon，intheflow-fieldofthecontractivenozzle，whentheinitialpressureisP=100MPaandtheoutletoutsidediameterislmm．TheincompressibleReynoldsequationistoselectedasthemOmentumequationandthealgorithmofSlMPLECo

4、fFluentisusedtosimulatetheinjectionstream．Theresultsshowthatthejetvelocityincreasesquicklyinthecontractivesectionofnozzleandacoresectionofequalvelocityisformedafterthejetdepaasfr0mthenozzleandthedynamicpressureofjetgoesuprapidlyinthecontrac·tivesectionofnozzle，whileisstableinthecoresecti

5、on．Thesimulationconformstotheoreticalanalysis．Keywords：fluent；injectionstream；reynolds—averagednavier-stokesequation；numericalsimulation0引言1控制方程及边界条件FLUENT是用于模拟和分析在复杂几何区域内的流1．1控制方程体流动与热交换问题的专用CFD软件，它提供了K—s紊流模型等多种紊流模型，可根据具体的情况进行选择。在100MPa初始压力、喷嘴圆柱段直径d=1nlm的情FLUENT网络特性非常灵活，可方便地使用结构网格和非况下，根

6、据计算可得Re=4．7×105，即喷嘴流动为湍流，考结构网格对各种复杂区域进行网格划分。对于具有较大虑不可压缩流动，湍流时均控制方程用张量形式表示如下：梯度的流动区域，FLUENT提供的网格自适应特性可在很高的精度下得到流场的解。高压喷嘴射流目前已广泛应毒c=。，警+毒cu=一古詈+号(誊一)用到各个行业⋯，对射流的研究具有重大的现实意义，利1．2湍流模型用计算机仿真研究高压喷嘴射流流场将会是一种低成本、高效率的“数值试验”。将Fluent应用于收缩型喷嘴流场由于上述控制方程组不封闭，必须引入新的湍流模型数值模拟，研究喷嘴流场主要物理量的分布规律。为实际才能使方程组封闭

7、。文献[2]指出标准K—e模型对于强应用提供参考。物理模型及轴对称流场半剖面网格划分旋流、弯曲壁面流动或弯曲流线流动时，会产生一定的失结构如图1所示。计算域取为20d10d，d为喷嘴圆柱段真。为此，选取目前使用非常广泛的RNGK一￡3模型。直径，单位mill。在该模型中关于K和的输运方程的张量形式如下：+Ox．=毒Ox．『t⋯毒OxJe+=Ot蠹【薏]+譬一c：p譬(a)(b)式中：Ⅱ=IX+ixf；图1喷嘴及其轴对称流场半剖面网格划分结构示意图=p；作者简介：周章根(1984一)，男，西南科技大学硕士研究生，研究方向为高压水射流。Mac