FLUENT测压管偏差问题模拟
正文共： 1132字 11图 预计阅读时间： 3分钟1 前言本案例来自工程实际，有如下一段测压管测量管道气体压力，由于现场实际情况，测压管的走向形成了一段U型管。由于某些原因，U型管里面进入了少量液体形成了一个封闭气柱，这会带来一个问题，封闭气柱在外界环境温度变化时，压力也会变化，造成液体两侧的压力自动调整压力平衡形成液位差，因此压力表测得的数值将会受到液位差的影响，也就是影响了测量准确度。今天，我们用一个简单的案例演示一下这个问题。2 建模与网格创建如下的二维平面模型，划分四边形结构化网格，节点数13479，最小正交质量1。3 边界条件与求解设置我们选择气体介质和液体介质分别为空气和液态水。本案例的两个关键设置是两相流和气体可压缩性，我们采用VOF模拟气液两相流，主相为液态水，次相为空气，将空气密度设置为理想气体模型。开启重力项，注意采用可压缩模型并考虑浮力时，需要将参考密度改为0kg/m3，否则软件会一直报警告。入口为速度入口条件，速度10m/s，全部为空气出口为压力出口条件，表压为0Pa，回流为全部空气。我们将测压管下部和右边设置为随时间变化的恒温壁面，采用UDF定义，代码如下，目的使得2s前为管道获取初始稳定的流场，2s后测压管被加热升高了30K。#include "udf.h"DEFINE_PROFILE(temp,thread,i){real time=RP_Get_Real("flow-time");face_t f;begin_f_loop(f,thread){if(time<=2.0){F_PROFILE(f,thread,i)=300;}else{F_PROFILE(f,thread,i)=330;}}end_f_loop(f,thread)} 创建压力监视器，监测测压管末端压力。采用如下初始值进行初始化，并用patch方式为测压管加入原始的液体形成封闭气柱。瞬态求解，最开始时间步长0.0001s，迭代几步后即可快速增加到0.01s，为何本案例需要这样操作，因为初始速度场为0，开始迭代计算后，边界条件处突然增加到10m/s，由于VOF模型（Explicit算法）在计算时会检查更新CFL数，这个突然变化会形成远大于250的CFL数，使得计算发散。4 计算结果我们看一下测压管末端的压力动态曲线，在2s时由于温度数值上在边界条件处形成阶跃，造成温度扰动，这个是由于边界条件的设置存在伪物理现象造成的，很显然，不可能在0s内使得温度快速增加30K。但是趋于稳态后，压力与温度变化前相比有所增加了。我们再看一下趋于稳态后，测压管两侧存在液位差，这也是测量偏差。本案例的工程实际指导意义是，在可能形成液体的测压场合，测压管最好有排液装置，或者测压管在走向上尽可能避免形成可能存水的U型管段。来源：仿真与工程
