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FLUENT水管破口泄漏计算简单案例

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1 前言

水管道发生破口时会发生泄漏，水从泄漏孔向外射流，同时在泄漏孔位置的压力也有所下降。本案例将做一个简单的水管破口泄漏计算。

2 模型与网格

建立一个内径100mm，管壁厚度5mm的水管道，在管道中心位置有一个直径5mm的破口。管道入口的流速为5m/s，出口的压力为200000Pa。水的密度998.2m³/kg，动力粘度0.001003Pa·s，试计算破口的泄漏量。

我们分别建立两个模型，其中一个模型不考虑壁厚的影响，另一个模型考虑了壁厚，此时需要将泄漏孔外沿拉伸5mm即可。

3 求解设置

采用标准k-e湍流模型。

管道出口为压力边界，表压200000Pa，为管道内压。

泄漏口为压力边界，表压为0Pa，表示外部环境。

入口为速度边界。

各壁面按光滑处理，其余设置默认，不做冗述。

4 计算结果

4.1 不考虑壁面厚度影响

此时泄漏口的流量为0.32244616kg/s，泄漏口管道中心位置压力为201489.47Pa。

泄漏口位置的截面压力分布如下，可以看出破口位置的压力降低。

4.2 考虑壁面厚度影响

此时泄漏口的流量为0.27747376kg/s，泄漏口管道中心位置压力为201512.42Pa。

4.3 经验公式计算

根据以上计算的压力值，采用孔口出流经验公式计算泄漏量（流出系数Cd取0.6）分别为0.23628225kg/s和0.236295706kg/s。

相比于经验公式计算结果，不考虑壁面厚度和考虑壁面厚度的数值模拟结果偏差分别为36.5%和17.4%，可以看出建模时考虑壁面厚度的影响似乎更为合理。

来源：仿真与工程

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首次发布时间：2023-07-05