FLUENT汽锤模拟之二——边界条件方法讨论

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1 前言

水锤和汽锤都是管路系统中常见的现象，他们均会对管路的长久安全运行造成威胁。所谓汽锤，指的是管道内的气体在温度流动的过程中突然受阻，流体的运动状态发生突变，瞬态压力变化产生的压力波由稳定状态压力改变点开始向管道内传递的现象[1]。本案例将针对一段介质为水蒸汽的直管开展汽锤计算。

2 模型描述

建立一段二维平面管道，管长600mm，高30mm。管道入口总压为74.92atm(g)，总温290℃，出口总压为74.8 atm(g)，管壁为绝热壁面。假设某个时刻，出口被阀门关闭堵死，此时管道内将产生汽锤现象。

3 求解设置

之前我们采用动网格的event工具，创建一个边界条件变换事件的方法模拟了零耗时关阀引起的汽锤现象，感兴趣的读者可以点击文末的“阅读原文”查看。实际上，我们注意到，求解汽锤或水锤的问题，对于介质流过阀门的局部细节其实并不感兴趣。因此，我们可以将出口边界设置为质量出口（mass-flow-outlet），并在某个时刻将流量调整为0来模拟关阀的影响（需要采用UDF方法）。

针对本案例，其他边界和求解设置不变，将出口设置为质量出口，质量流量为关阀前管道的稳态流量，并按如下的UDF代码修改出口流量。另外，不管采用采用之前的修改边界类型还是现在的质量出口，入口均需要用压力边界而不能用质量边界或速度边界，否则求解很难收敛，也不符合实际的物理现象。

#include "udf.h"DEFINE_PROFILE(out_mass,t,i){real mass;real the_current_time;face_t f;the_current_time=CURRENT_TIME;if((the_current_time)>=0&&(the_current_time<0.01)){mass=24.897372;}else{mass=0;}begin_f_loop(f,t){F_PROFILE(f,t,i)=mass;}end_f_loop(f,t)}

4 计算结果

我们看一下采用质量出口设置求得的压力情况并和之前的event方法对比，可以看出两者的结果基本保持一致。

由本案例结果可启发针对关阀特性与汽锤关系的模拟，我们将在未来的案例中细说。

参考文献

[1] 江才俊, 等. 空间管网中的汽锤计算及分析[J].

[2] Jensen, et al. Modelling of a two phase water hammer[D].

来源：仿真与工程

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首次发布时间：2023-07-05