90°弯管内流体流动数值模拟研究

王金娥 杨小江

（1.武汉船舶职业技术学院 动力工程学院，湖北武汉 430050；2.杭州市港航管理局，浙江杭州 310014）

弯管广泛应用于水利、化工、石油、动力工程等领域，弯管中的流动由于受到弯管曲率的影响，相比直管的流场要复杂的多，而且会在管壁附近形成分离区、管道截面上产生二次流动等，这不仅会造成流体总压和能量的损失，而且形成的局部障碍区域也使流动系统的阻力增大，会降低热量和质量交换的效率［1］。疏浚作业在航道整治、港口建设、湖泊清淤和吹填造地等工程中应用广泛并发挥着重大作用。在疏浚施工过程中，疏浚泥浆经过长距离输泥管道从挖掘水域排放至泥浆存放点，疏浚泥浆具有成份复杂、浓度高和颗粒不均的特点，因此阻力大、能耗高、堵塞管道和排泥距离受限等问题在长距离输送的过程中普遍存在，并严重影响着疏浚挖泥船的生产效率、作业范围和生产成本。本文以直径为50mm的输送管道为研究对象，以多相流理论为依据，通过理论分析、弯管内流场CFD模拟来输泥管道的阻力特性。

1 控制方程及计算模型

1.1 控制方程

设流体空间点的平均流速和平均压强分别用和表示，在直角坐标系中，雷诺平均RANS方程可用下式表示［2］：

式中：αk——k方程的湍流Prandtl数；

αε——ε方程的湍流Prandtl数；

Gk——由平均速度梯度引起的湍动能生成项；

在ε方程中，Rε为ε方程中的附加源项目，代表平均应变率对ε的影响，Rε的表达式为：

上述方程的模型参数为：η0＝4.38；β＝0.012；Cu＝0.0845；C1ε＝1.42；C2ε＝1.68；αk＝αε＝0.7194；。其中η是无量纲应变，或者湍流时间与应变尺度的比值，代表平均应变率ε对的影响［3］。……