管子自由出流与淹没出流简单案例
正文共： 1079字 13图 预计阅读时间： 3分钟 在容器的侧壁上或底部开一孔口，容器中的液体自孔口出流到大气中，成为孔口自由出流；若孔口流出的液体进入到另一个容器的液体中，成为淹没出流，如下图所示。先前笔者遇到这样一个问题，在一根管道上开若干等径等间距的小孔，将该管道插入水中，管道顶部连接恒液面水箱，需要分析各小孔的流量分配情况，该问题应该用孔口出流来分析更为合适。本案例，我们用FLUENT的VOF多相流模型试模拟一下该过程。
建立如下的二维平面模型，在一个1m×1m区域中心上方有一根宽20mm，长710mm的管道，管道底部距离计算域底部340mm。管子从底部开始，以间距220mm向上开设3个20mm的孔，注意建模时在孔的位置也要建立线体，后续边界条件设置为interior，这样可以计算各个孔口的流量值。划分四边形网格，节点数约为7.5万。
将管道顶部设置为压力出口，表压为0，次相（空气）回流体积分数为0。该设置表征的是管道入口就是液面，并且液面高度不变。 类似地，将1m×1m计算域的顶部设置为压力出口，次相（空气）回流体积分数为0，该设置表征出口为大气环境。 设置三个监视器，分别监测孔口的x向速度，用以表征出口流量。 计算淹没出流时，将1m×1m区域中上部patch成水，如下图。
三个孔口的速度随时间变化如下，可以看出，底部的孔口流量最大，顶部的最小。在计算时间终了时刻，自下而上三个孔口的流量占总流量的比重分别为86%、14%和0%（这里的顶部孔口流量为负值，存在偏差），总流量为40.43kg/s。
三个孔口的速度随时间变化如下，可以看出，同样地，底部的孔口流量最大，顶部的最小。 在计算时间终了时刻，自下而上三个孔口的流量占总流量的比重分别为50.4%、32.2%和15.4%，总流量为32.13kg/s。 可以看出，不管是淹没出流还是自由出流，三个孔口的流量都不一致，呈现从上而下增大的趋势。且自由出流的总流量大于淹没出流，这是因为自由出流的总水头大于淹没出流（淹没出流的孔口有外部静水压力产生的背压） 最后分别看一下终了时刻自由出流（体积分数云图）和淹没出流（速度云图）的动画，这里由于淹没出流管子插入1m×1m部分全部是水，因此采用体积分数云图是看不出流动效果的。 著作权归作者所有，欢迎分享，未经许可，不得转载
首次发布时间：2023-07-05
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