再议水平管道非满管流模拟
本文摘要：（由ai生成）
本文以水平管道非满管流为例，详细探讨了水平非满管流的特性和模拟方法。案例中将管道内径增大至Φ30mm，长度设为2.1m，并采用六面体结构化网格以精确捕捉液面变化。文中指出，由于水平流动是无压流，主要由水位差形成的重力势能推动，因此管道轴向上的水深会有所不同。计算结果显示，出口处液面最低，上游液位变化不大。通过计算各截面上的等效液位，绘制的降水线揭示了液位沿管道轴向的变化趋势。结果表明，若管道长度或水流量增加，液位可能触及管顶。
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1 前言
之前我们写过一个水平管道非满管流的案例（“一个管道气液两相流模拟“2023.1.15推文），感兴趣的读者可以搜索历史消息查看。该流动实际上包含有压流动（垂直满管流）和平坡明渠流动（水平非满管流），对于水平非满管流，由于坡度i=0，因此不能形成均匀流，即没有正常水深线。水平管道轴向上的水深是不同的，这个很好理解，水的流动一定来自于压差，水平流动又是无压流，因此只有水位差形成重力势能来推动液体流动。今天，我们更加详细地说明一下这个问题。
2 建模与网格
本案例我们将水平管道内径增大至Φ30mm，长度为2.1m。划分多面体网格，对于本案例，水平管道采用六面体结构化网格是一个更好的选择，可以更好地捕捉轴向的液面变化。
3 边界条件与求解设置
边界条件和求解设置，请读者参考之前的案例，这里不再冗述。
4 计算结果
先看一下轴向上的管道液面截图，在出口处的液面最低，上游的液面目视变化不明显。
采用之前案例的液位计算方法，我们将各个截面上的等效液位计算出来，在轴向上进行绘制如下（降水线）。可以看出液位从出口往上游先快速增加，后基本呈现线性增加。
由此也可以推断，如果管道长度继续增加，或者水流量继续增加，那么水平起始点的液位将触碰到管顶。
