FLUENT汽锤模拟之一

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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

启用标准k-e湍流模型，近壁处理采用标准壁面函数，控制y+在30~300之间，网格可能需要重复划分以调整y+。

创建水蒸汽材质，将密度修改为理想气体模型，这是最根本的设置，此时将自动启动能量方程。

按第2节的描述分别设置入口、出口和壁面边界条件，其中进出口的湍流强度均采用默认的5%，水力直径为0.03。

先采用问题求解获得水蒸汽的初始状态，之后开始进行瞬态求解。

采用动网格的event工具，创建一个边界条件变换事件，在0.01s时刻，出口的类型由压力出口变换为wall，表征的是阀门突然关死，并且耗时0s。这种方法只能设置某个时刻的边界变换，无法模拟阀门关闭需要一定时间的情况。当然，对于求解汽锤而言，这种情况是最严重的了，获得的结果（如压力载荷大小）是偏向保守的。