1、油水兩相流彎管流動(dòng)模擬彎管被廣泛應(yīng)用于石化、熱能動(dòng)力、給排水、鋼鐵冶金等工程領(lǐng)域的流體輸送，其內(nèi)部流體與管壁的相對(duì)運(yùn)動(dòng)將產(chǎn)生一定程度的振動(dòng)而使管道系統(tǒng)動(dòng)力失穩(wěn)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)給系統(tǒng)運(yùn)行帶來(lái)災(zāi)難性的毀壞。而現(xiàn)今原油集輸管線中普遍為油水兩相流，較單相流動(dòng)復(fù)雜，且通過(guò)彎管時(shí)由于固壁的突變，使得流動(dòng)特性更為繁雜。因此，研究水平彎管內(nèi)油水兩相流的速度、壓力分布等流動(dòng)特性，不僅能夠?yàn)榘踩斶\(yùn)、流動(dòng)參數(shù)控制等提供參考，還可為管線防腐、節(jié)能降耗措施選取等提供依據(jù)。一、 實(shí)例概述選取某輸油管道工程管徑600mm的90°水平彎管道，彎徑比為3，并在彎管前后各取5m直管段進(jìn)行建模，其幾何模型如圖所示。為精確比較

2、流體流經(jīng)彎管過(guò)程中的流場(chǎng)變化，截取了圖所示的5個(gè)截面進(jìn)行輔助分析。彎管進(jìn)出口的壓差為800Pa，油流含水率為20%。二、 模型建立1. 啟動(dòng)GAMBIT，選擇圓面生成面板的Plane為ZX，輸入半徑Radius為0.3，生成圓面，如圖所示。2. 選擇圓面，保持Move被選中，在Global下的x欄輸入1.8，完成該面的移動(dòng)操作。3. 選取面，Angle欄輸入-90，Axis選擇為（0,0,0）（0,0,1），生成彎管主體，如圖所示。4. 在Create Real Cylinder面板的Height欄輸入5，在Radius1欄輸入0.3，選擇Axis Location 為Positive X，生

3、成沿x方向的5m直管段，如圖所示。5. 同方法，改變Axis Location為Positive Y生成沿y方向的5m直管段，如圖所示。6. 將直管段移動(dòng)至正確位置，執(zhí)行Volume面板中的Move/Copy命令，選中沿y軸的直管段，在x欄輸入1.8，即向x軸正向平移1.8。然后選中沿x軸的直管段，在x欄輸入-5，在y欄輸入-1.8，最后的模型如圖所示。7. 將3個(gè)體合并成一個(gè)，彈出Unite Real Volumes面板，選中生成的3個(gè)體，視圖窗口如圖所示。三、 網(wǎng)格劃分1. 打開(kāi)Create Boundary Layer面板，在Edges黃色輸入欄中選取線3。選中1:1的邊界層生成方式，并

4、設(shè)置第一個(gè)點(diǎn)距壁面距離為0.001m，遞增比例因子為1.2，邊界層為4層。繪制完邊界層網(wǎng)格，如圖所示。2. 打開(kāi)Mesh Faces面板，運(yùn)用Quad單元與Pave方法對(duì)該圓面進(jìn)行劃分，在Interval size欄輸入0.05，生成的面網(wǎng)格如圖所示。3. 運(yùn)用Hex/Wedge單元與Cooper方法對(duì)該圓面進(jìn)行劃分，在Interval size欄輸入0.1，生成的體網(wǎng)格如圖所示。4. 選擇面4作為進(jìn)口，定義其為PRESSURE_INLET，命名為in；選擇面9作為出口，定義其為PRESSURE_OUTLET，命名為out，如圖所示。5. 輸出三維模型網(wǎng)格文件。四、 求解計(jì)算1. 啟動(dòng)FLUE

5、NT三維單精度計(jì)算器，讀入劃分好的網(wǎng)格文件，網(wǎng)格讀入之后，檢查網(wǎng)格的信息，待最后一行出現(xiàn)“Done”語(yǔ)句。2. 從Scale Grid對(duì)話框中可以看出計(jì)算區(qū)域的尺寸范圍，如圖所示。3. 彈出的Solver對(duì)話框中保持默認(rèn)設(shè)置，如圖所示。4. 彈出的Viscous Model對(duì)話框，在Model選項(xiàng)中選擇k-epsilon2 eqn，在k-epsilon Model選項(xiàng)下選擇Realizable，保留其他默認(rèn)設(shè)置。5. 如圖所示，在彈出的Multiphase Model對(duì)話框中選擇Mixture，保持默認(rèn)參數(shù)設(shè)置。6. 在彈出的Fluent Database Materials對(duì)話框中，將數(shù)據(jù)庫(kù)

6、中的材料水和油都拷貝到當(dāng)前工程中，完成材料物性的定義。7. 在Type選項(xiàng)中選擇primary-phase，在列表中選擇fuel-oil-liquid，在Name文本框中輸入oil。在Type選項(xiàng)中選擇secondary-phase，在列表中選擇water-liquid，并在Name文本框中輸入water。8. 如圖所示，在Set Units對(duì)話框中，選擇Quantities中的pressure。在彈出的Define Unit對(duì)話框中的Unit欄輸入名稱(chēng)mpa，在Factor欄輸入1000000，定義壓強(qiáng)的新單位MPa。9. 打開(kāi)Operating Conditions對(duì)話框，選中Gravit

7、y，指定重力方向?yàn)閦軸，在Zm/s2右側(cè)輸入-9.8。10. 定義邊界條件。11. 在Solution Controls對(duì)話框中保持默認(rèn)設(shè)置。12. 對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行初始化。13. 在Residual Monitors對(duì)話框中選中Plot，打開(kāi)殘差曲線圖。保持FLUENT默認(rèn)各參數(shù)的收斂精度要求為0.001。14. 將文件保存。15. 設(shè)置迭代步為1000步，開(kāi)始解算。16. 迭代完畢后，保存結(jié)果文件。17. 截取有助分析的幾個(gè)截面，在Points下方的三點(diǎn)坐標(biāo)中分別輸入（-2.5,0,0）、（-2.5,0,0.3）和（-2.5,0.3,0），在New Surface Name中輸入x=-2.5，生成第一個(gè)截面，如圖所示。18. 選取Contours of為P