迷宫流道滴头内流场和颗粒运动的不同湍流模型数值模拟.pdfVIP

第 34 卷 第 16 期 农 业 工 程 学 报 Vol.34 No.16 120 2018 年 8 月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Aug. 2018 迷宫流道滴头内流场和颗粒运动的不同湍流模型数值模拟 1,2※ 1 1 1,2 唐学林 ，赵旭红 ，李云开 ，李小芹 （1. 中国农业大学水利与土木工程学院，北京 100083 ；2. 北京市供水管网系统安全与节能工程技术研究中心，北京 100083 ） 摘 要：为更好研究迷宫流道滴头的内流场水力性能和颗粒运动特性，该文采用 k-ε模型和 Eulerian-Lagrangian 两相流模 型进行了一系列数值研究。首先，通过 3 种湍流模型（标准 k-ε、RNG k-ε与 Realizable k-ε）预测迷宫流道滴头水力特性 并与喻黎明等（2009 ）的试验结果对比分析，标准k-ε模型更适合于模拟迷宫流道滴头的内流场，与 PIV 试验数据相比， 水力性能曲线平均模拟误差仅为 2.32% 。然后，基于 Lagrangian 的颗粒离散相模型，数值研究了齿形迷宫流道内不同密 度和直径的单个颗粒运动轨迹及运动特性，并与喻黎明等（2009 ）的相关试验数据比较，结果表明，考虑了重力、浮力、 虚拟质量力和曳力的随机轨道模型能够更加准确地模拟颗粒在迷宫流道内的运动，与 PIV 试验数据相比，颗粒运动速度 后平均模拟误差仅为 2.34% 。颗粒直径变化较密度变化对颗粒运动影响大，随着颗粒直径或密度增大，颗粒运动速度减 小，颗粒速度变化幅值大小依次为：速度极小值、平均速度、速度极大值，随着颗粒粒径增大，流经漩涡区时颗粒速度 减小较大，颗粒的运动跟随性变差，颗粒在惯性力的作用下沉积在流道拐角内侧的漩涡区，由此可能造成迷宫流道堵 塞。同时，以上对比分析表明，相关两相流模型和数值方法可很好预测滴头内部固液两相流动，可为滴头抗堵塞设计 提供参考。 关键词：滴头；湍流模型；数值分析；颗粒运动轨迹；颗粒曳力 doi ：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.16.016 中图分类号：S275.6 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2018)-16-0120-09 唐学林，赵旭红，李云开，李小芹. 迷宫流道滴头内流场和颗粒运动的不同湍流模型数值模拟[J]. 农业工程学报，2018， 34(16)：120－128. doi ：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.16.016 Tang Xuelin, Zhao Xuhong, Li Yunkai, Li Xiaoqin. Numerical simulation of flow fields and particle movement characteristics in labyrinth channel emitter using different turbulence models[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(16): 120 － 128. (in Chinese with English abstract) doi ： 10.11975/j.issn.1002-6819.2018.16.016  测速仪(LDV)测量了流道中的速度流场，验证了流态模拟 0 引 言 计算的正确性，之后又利用微 PIV 对流道内两相流流场 滴灌是目前微灌系统中最有效、最先