孔板后流場數(shù)值模擬研究

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1、孔板后流場的數(shù)值模擬研究郭婷婷，鄒曉輝，王坤玉(東北電力大學(xué)能源與機械工程學(xué)院，吉林省吉林市132012)摘要：本文采用基于雷諾時均N-S方程標(biāo)準(zhǔn)k-ε紊流模型結(jié)合SIMPLE算法對夾角＝150°正六邊形孔、＝180°圓孔和＝150°圓孔孔板的擋風(fēng)特性進(jìn)行了數(shù)值研究；對三種板型在Re=2.34×105時的速度場進(jìn)行了比較，結(jié)果表明：在開孔率相近的情況下，各種板型板后附近都會有回流出現(xiàn)，夾角＝150°、正六邊形孔孔板板后的回流區(qū)沿主流方向會逐漸消失，速度也將達(dá)到一個比較穩(wěn)定的數(shù)值；結(jié)果表明：夾角＝150°正六邊形孔孔板的擋風(fēng)效果最好。關(guān)鍵詞：紊流模型；數(shù)值模

2、擬；開孔率；回流NumericalsimulationonthesheltereffectofporouswindfencesGuoTingting,ZouXiaohui,WangKunyu(DepartmentofEnergyandMechanicalEngineering,NortheastDianliUniversity,Jilin132012,JilinProvince,China;)ABSTRACT:Numericallysimulationwasperformedtoinvestigatethesheltercharacteristicofth

3、esheltereffectofporouswindfenceswhichangle()of150°and180°,holeshapeofroundandhexagon,usingcontrolvolumemethodandstandardk-εmodel,integratedwithSIMPLEalgorithm.ThevelocityfieldofthreefencesatthesameRe=2.34×105havebeencompared.Theresultssuggestthatasthecloseporosity,therewasre-circu

4、latingflowregionatdownstreambehindthefences,alongwithstream-flow,there-circulatingflowregionoftheangle()of150°andhexagonholefenceswoulddisappeargraduallyandthevelocitytrendedtoafixvalue.Theconclusionwasthattheangle=150°andhexagonholefenceshadbettersheltercharacteristicthanothers.K

5、eyword:turbulencemodel;numericallysimulated;porosity;re-circulatingflow引言近二十多年來，日本、美國、澳大利亞、英國、新西蘭等國都對孔板后流場進(jìn)行了研究，其中日本將孔板用于港口露天煤堆場的防塵抑塵工程，其它方面的研究還包括孔板對抑制土壤起塵、飛雪和飛沙也有研究[1-3]，Bofah和Alhinai[4]研究孔板對流沙的防治，Lee[5-8]等人對POSCO露天煤堆安裝的孔板、流體流過孔板后有三角菱形物體的流場進(jìn)行了數(shù)值模擬、風(fēng)洞監(jiān)測孔板后沙粒的運動軌跡和實驗測量孔板后速度和湍動能場進(jìn)行了

6、研究，Kim[9]等人研究了在開孔率相同的情況時孔開孔率相同的情況時孔徑對尾跡區(qū)流動特性的影響，Park[10]作者簡介：郭婷婷（1973－），女，博士，副教授，研究方向：葉輪機械內(nèi)部流動的空氣動力學(xué)和計算流體力學(xué)。等人研究了孔板對底部有間隙和不同開孔率情況下板后三角菱形物體表面壓力的影響。本文采用基于雷諾時均N-S方程、標(biāo)準(zhǔn)k-ε紊流模型結(jié)合SIMPLE算法對不同工況下的孔板進(jìn)行數(shù)值研究，并與實驗結(jié)果進(jìn)行比較。許多的學(xué)者在不同的研究方面運用了雷諾時均N-S方程、標(biāo)準(zhǔn)k-ε紊流模型來研究問題[11-14]。1物理模型和數(shù)值計算方法及邊界條件1.1幾何模型本

7、文的幾何模型如圖1所示，其上設(shè)有正阻風(fēng)面（101），側(cè)阻風(fēng)面（102）；側(cè)阻風(fēng)面（102）與正阻風(fēng)面（101）形成角（如圖2所示），角為150°；側(cè)阻風(fēng)面（102）上有通風(fēng)孔（103），正阻風(fēng)面（101）上有通風(fēng)孔（104）。本文幾何模型的尺寸為長1400mm，寬40mm，高875mm，正阻風(fēng)面的寬度為80mm，側(cè)阻風(fēng)面的寬度為150mm，正阻風(fēng)面底面開2排內(nèi)切圓直徑為25mm的六邊形大孔，側(cè)阻風(fēng)面上開8排內(nèi)切圓直徑8mm的六邊形小孔，開孔率＝18.79％，開孔率關(guān)系式如下：＝×100％式中：Ah——開孔孔總面積；Ab——板的總面積。圖1幾何模型示意圖圖2

8、夾角ααZ101102102103104UXY1031.2.1數(shù)值