FLUENT歧管流量分配计算案例

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1 前言

歧管（manifolds）在很多流体分配场合都是非常重要的技术，比如笔者现在在开发的氢能发电系统，当规模增大后必然要使用到歧管技术。顺便提一下，继上次的首次试车发电成功后，目前最新的系统发电效率已达到65%以上。歧管通常可以分为以下四种：汇流型、分流型、逆向型、同向型，其中后两者是前两者的组合。今天，我们做一个分流型的歧管计算案例。

2 模型与网格

建立如下的三维歧管模型，其中母管直径D1=Φ20mm，支管直径D2=Φ10mm，支管长度L2=12.5mm，支管中心距离L2=60mm。歧管介质为25℃常压空气，母管入口流量有10.2m/s、20.05m/s和30.25m/s，对应的雷诺数分别为13200、26000和39200。计算域采用ICEM CFD划分全六面体网格，节点数100万，最小正交质量0.7。

3 求解设置

根据上述的雷诺数，可知管内的流动为湍流，采用SST k-ω湍流模型，壁面需要进行网格细化，最好使Y+接近1。

入口采用速度入口边界条件。

出口采用压力出口边界，该歧管模型是根据实验模型尺寸1:1建立，由于支管长度较短，因此在支管出口肯定会出现回流，这种回流不是数值上造成的，而是歧管本身必然会出现的。在其他一些问题分析中，如果出口上游附近有流场突变，为了获得更好的收敛性，可能会在下游增加一段长度。对于本案例就不太合适了，因为本身关心的就是歧管的出口流量，如果延长管段，可能会带来无法避免的模型误差。有时候回流可能会影响收敛性，对于本案例，最好是在前处理就获得高质量的网格。

其他的设置采用默认值，稳态求解。

4 计算结果

我们首先看一下歧管中心对称面上的速度分布，可以看出歧管的速度分布是非常不均匀的，存在严重的偏流，图中支管上所示的深蓝色部分基本都是回流区。