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水流作用下平面网衣周围流场特性的数值模拟

刘兴  
【摘要】:对于水流作用下平面网衣水动力特性的研究有三种方法,分别是理论分析、模型实验和数值模拟。本文对水流作用下平面网衣的水动力特性进行了数值模拟研究,建立了在不同的冲角和流速下的二维和三维的平面网衣模型。本文对平面网衣水动力特性进行数值模拟采用的方法为有限体积法,这种方法通过计算流体力学软件FLUENT平台来实现。利用物理模型试验对数值模拟结果进行了验证,将数值计算求得的网衣阻力系数、升力系数和流速折减率与物理模型实验结果进行了对比,结果表明这种方法适用于水流作用下平面网衣周流流场特性的数值模拟。 数值模型中的计算网格是利用GAMBIT软件划分的,网格的形式为非结构化网格,二维网格采用三角形网格,三维网格采用四面体网格,划分网格的方法是软件中自带的SIZE FUNCTION。在数值模拟中使用FLUENT软件中的多孔介质模型,把网衣简化成—多孔透水板,对于网衣阻力和升力系数的求解依靠控制体积法,这种方法就是对网衣表面的压强进行积分求解网衣前后动量流量的变化,进一步求出网衣所受的阻力和升力,网衣的流速折减率就是网衣前后的速度差与网衣前面速度之商。 水流作用下平面网衣流场特性的二维和三维数值模拟结果与两个模型实验结果进行了比较验证,结果表明:在二维数值模拟中,网衣的阻力系数、升力系数和流速折减率的数值模拟结果与模型实验结果吻合很好,在冲角为30°到90°之间,平均误差为15%,对于平面网衣周围的流场特性的数值模拟可以利用这种数值计算方法,求解网衣的阻力系数、升力系数和网衣后面的流速折减率。通过三维数值结果和二维数值结果的对比,三维数值模拟的误差更小,在三维计算中为了减小数值计算中的计算量,可以缩短水槽长度,减少计算单元,加快计算速度。因此,本文对于平面网衣周围流场特性的数值模拟,对于其在实际工程中的应用,具有很大的指导意义和参考价值。


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