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锥形喷嘴流量系数计算与验证

余花生

1年前浏览453

正文共： 688字 9图预计阅读时间： 2分钟

1 前言

射流喷嘴是高压射流技术的重要元件，其功能是把高压低速流体转化为低压高速射流，流量系数是评价喷嘴的重要指标。本案例针对锥形射流喷嘴开展模拟计算，并与参考文献实测值（如下表）进行对比，计算思路供读者参考。

2 建模与求解

建立如下的锥形喷嘴，为简化计算，采用二位轴对称模型，其中入口直径d0=80mm，出口直径d1=22.7mm，收缩角α=54°，喷嘴出口直管段长度l=0.25d1。划分四边形结构网格，对壁面进行细化，由于流速未知，因此第一层网格的高度需要根据后续的Y+结果和湍流模型的适应性进行调整。

3 求解设置

采用标准k-e湍流模型，网格Y+建议控制在30-300范围。

介质的密度为1000kg/m³，动力粘度为0.001Pa.s。

为了和实验进行对比，入口采用压力入口，需要注意的是实验测得的压力是静压，FLUENT入口压力为全压，可以先以实验的静压值作为全压进行初步计算，根据计算结果的入口静压和实际静压的差值弥补到全压中，调整使得入口静压和实际静压一致。实际上，也可以把实测的流量作为流量入口边界，此时计算就是反推入口压力，若单从模拟和实测对比看，这种方法更加省时。

出口采用压力出口边界，表压为0Pa。

4 计算结果

采用以下的方法计算流量系数C。

三种工作压差下，喷嘴的流量系数模拟值和实测值对比如下，可以看出模拟值整体比实测值高7%-8%。这个偏差基本上满足多数工程应用的计算要求，如果要细究为何模拟值偏高，笔者认为应该是仿真模型和实际模型差异造成的。实际喷嘴出口还存在一个局部阻力损失，因此对应的仿真模型压力出口的静压值应该不是0Pa。如果这个压力已知，则把出口压力相应修改即可，或者如果知道局部阻力系数，也可以用outlet-vent来替代pressure-outlet，感兴趣的读者可以自行尝试一下。