管道教程
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流体阻力实验仿真软件说明 1 目的及特点 本仿真软件以最新设备为模拟对象，充分展现了新设备的优势，力求在界面友好的基础上做到全面、系统、规范的展示新设备的流程与操作方法，力求增强操作者在与软件本身的互动性。 2 模块介绍 软件结构框图： 3 操作界面 用户界面是应用程序的脸面，是整个程序给操作者的最直观的第一印象，所以对于一个
操作程序而言，界面设计的好坏与否十分重要，直接关系到软件的功能和应用。 (i) 实验指导 此菜单主要为软件的使用者在对实验不很了解的情况下提供实验中最基本的介绍，包括实验的目的、内容、仪器和方法等等内容，使操作者可以在很短的时间内了解实验。而且由于采用了滚动式的表现形式，使得指导部分生动具体，也更直观。 (ii) 实验操作 此菜单主要是用于将实验方法和操作的步骤具体化，使学生在初步了解实验的基础上，对实验仪器和实验的具体操作步骤进一步的理解，从而保证实验的顺利进行。本部分除了采用的滚动字幕描述外，还配以整个实验的流程简图，方便使用。 (iii) 数据记录 此菜单主要是用来显示在实验中记录的数据组，使数据直接显示在准备好的表格中，使数据更加直观清晰，方便进行数据观测和校正。同时统一各个仪器的流量和读数的单位，以免发生不必要的麻烦。在记录的同时，根据已知的计算公式，将数据直接转化为曲线，不但简化实验，也使整个过程简便和直观化，便于使用者掌握实验。 (iv) 实验成绩 此菜单主要是用来显示实验结束后，操作者的总体得分，以便给整个操作过程一个直观的，具体的评价。做到心中有数。 ：
各窗口和菜单的具体功能说明如下： 只要是在主界面下就可以查看实验指导，实验操作。当完成实验后才可以查看实验结果，并且只有在完成实验并且清理完实验现场后才可以查看实验成绩。但无论到那一级子窗体都可以返回主界面。 4 其它窗体 5 数学模型 本实验涉及到的公式比较复杂，不能直接的出公式，只有通过迭代才能的出相关的公式和数据。下面先定义几个函数： 对于密度上面已经用了内差法，在不同温度下的相关公式，即温度与密度有一定的关系，这里把他们定义成： )(1t f =ρ （2—2） 密度与温度也有一定的关系，可用内差法求得。在不同的温度下有不同的公式： 当20o C>=t>=10 o C 时 μ=[1.3077-（1.3077-1.005）×（t-10）/10]×10-3 当30o C>=t>=20 o C 时 μ=[1.005-（1.005-0.8007）×（t-20）
Fluent示例 鉴于网上Fluent免费资料很少，又缺少实例教程。所以，分享此文章，希望对大家有所帮助。 1.1问题描述 本示例为ansys-fluent15.0-指南中的，不过稍有改动。
1.2 Ug建模图 1.3 Workbench设置 项目设置如下图所示。（为了凸显示例，所以个项目名称没改动；并且用两种添加项目方式分析，还增加了一个copy项，以供对比。）
说明：ansys workbench15.0与ug8.5（当然，也包括同一时期的solidworks、Pro/e等三维CAD软件）可无缝连接，支持ug8.5建立的模型，可直接导入到ansys workbench15.0中。 方法：在workbench中的Geometry点击右键，弹出快捷菜单，选择“browse”，浏览到以保存的文件，打开即可。个人感觉workbench 建模不方便。 1.4 DM处理 Workbench中的DM打开模型，将导入的模型在DM中切片处理，以减少分网、计算对电脑硬件的压力（处理大模型常用的方法，也可 称之为技巧）。最终效果，如下图所示。
为以后做Fluent方便，在这里要给感兴趣的面“取名”（最好是给每一个面都取名。这样，便于后续操作）。 方法是右键所选择的面，在弹出的对话框中“添加名称”即可，给“面”取“名“成功后，会在左边的tree Outline中显示相应的“名”。 结果如下图所示（图中Symmetry有两个，有一个是错的，声明一下）
1.5 Mesh设置 如下图所示。 在Mesh中insert一个sizing项（右键Mesh，选Sizing即可），以便分体网格，其设置如下：
管道流体的瞬态仿真模型 贺尚红 1,2 ,钟 掘 1 (1.中南工业大学机电工程学院,湖南长沙 410083; 2.长沙交通学院机电系,湖南长沙 410076) [摘要]通过对管道的离散化处理,建立了流体管道频率相关摩擦仿真模型;研究了N 的取值、离散管段数对仿真结果的影响及管道与集中元件和扰动激励的耦合方法,并对带容腔的流体管道系统进行了数字仿真.结果表明,该模型将管道的分布特性表示成网络形式,可方便地与各种边界条件进行耦合;仿真结果与有关文献提供的近似解析计算和实验结果吻合良好. [关键词]液压管道;液压传动;液压仿真;液压;瞬态分析[中图分类号]TH137.1[文献标识码]A [文章编号]1005 9792(2000)02 0173 04 管道内流体动力学模型的研究是管道内流体传输与瞬变研究的基础,其数学模型有理想流体模型、线性摩擦模型和目前广泛应用的精度高的频率相关摩擦模型3种形式[1] .频率相关摩擦模型涉及贝塞尔函数及自变量中含有贝塞尔函数的双曲函数,在进行时域分析和计算时,因拉氏反变换的复杂性,需对贝塞尔函数和双曲函数进行适当的简化,只对于简单的管路系统和边界条件,才可求出时域响应的解析表达式[2,3].对管道网络系统瞬态特性分析常用的方法有特征线法[4,5]、传输线法[6]和键合图法[7] .这些方法对管道边界条件的处理均较复杂,对非线性元件的处理也非常不便或难以进行.文献[8]对可化为串联形式的管道系统用传递矩阵及始端和终端的边界条件求得响应的频谱函数,再通过FFT 软件直接求得时域响应,该方法不能处理在时域内非线性表达形式的边界条件,且不便于复杂网络系统的耦合建模[9].为此,作者通过对管道的离散化处理,建立了一个管道仿真模型,在此基础上研究了流体管道与集中元件和出入端扰动边界条件的耦合方法,并对一个带容腔的流体管道系统进行了仿真. 1 管道仿真模型 为了得到管道流体动力学模型,作如下假设:管 道为标准光滑圆直管,流动状态为一元层流,不考虑管道变形对油液压缩性的影响,忽略流动时的热传导效应.如图1所示,根据流量连续方程和Navier Stockes 方程有: s c p +Z d Q d x =0(1 ) 图1 管道离散化模型 d p d x +s c ZQN =0(2) 为了得到管道仿真模型,需对管道进行离散化处理,考虑k -1,k,k +1共3个相邻管段,每管段不考虑分布效应,对流量和压力微分作以下近似处理: d Q d x =Q k -Q k -1 x , d p d x = p k +1-p k x 因此,有 p k = c x Z(Q k -1-Q k ) s (3)ZQ k = c N x (p k -p k +1)s (4) [收稿日期] 1999 05 26 [基金项目] 国家自然科学基金资助项目(59835170) [作者简介] 贺尚红(1965-),男,中南工业大学博士研究生,长沙交通学院副教授. 第31卷第2期2000年4月 中南工业大学学报J.CENT .SOU TH U N IV.T ECHN OL. Vol.31 No.2 April 2000
基于FLUENT 的波浪管道热传递耦合模拟 CFD 可以对热传递耦合的流体流动进行模拟。CFD 模拟可以观察到管道内部的流动行为和热传递，这样可以改进波浪壁面复杂通道几何形状中的热传递。 目的： （1） 创建由足够数量的完整波浪组成的波浪管道，提供充分发展条件； （2） 应用周期性边界条件创建波浪通道的一部分； （3） 研究不同湍流模型以及壁面函数对求解的影响； （4） 采用固定表面温度以及固定表面热流量条件，确定雷诺数与热特性之间的 关系。 问题的描述： 通道由重复部分构成，每一部分由顶部的直面和底部的正弦曲面构成，如图。 图1 管道模型 空气的流动特性如下： 质量流量： m=0.816kg/s; 密度: ρ=1kg/m 3; 动力粘度：μ=0.0001kg/(m ·s); 流动温度： Tb=300K ； 流体其他热特性选择默认项。 流动初试条件： x 方向的速度=0.816m/s ； 湍动能=1m 2/s 2; 湍流耗散率=1×105m 2/s 3。 所有湍流模型中均采用增强壁面处理。 操作过程： 一、 完整波浪管道模型的数值模拟 （1） 计算 Re=uH/v=0.816×1/ (0.0001/1) =8160 Cf/2=0.0359Re -0.2=0.0359× (8160)-0.2=0.0059259 0628.00059259.0816.02 =?==f t C u u y +=u t y/v y=0.00159
（2）创建网格 本例为波浪形管道，管道壁面为我们所感兴趣的地方所以要局部细化。入口和出口处的边界网格设置如图。 图2 边网格 生成面网格 图3 管道网格 （3）运用Fluent进行计算 本例涉及热传递耦合，所以在fluent中启动能量方程，如图。 图4 能量方程
SPS管道仿真系统介绍 Stoner Pipeline Simulator (SPS)是德国GL集团公司的管道仿真系统。 SPS是世界领先的单相流动态模拟软件，能够实现长输管道的离/在线瞬态模拟计算、泄漏检测、批次管理（批次跟踪、界面检测）等，可用来辅助解决管道的运行技术问题，包括瞬态水力、热力分析、控制系统设计及管道运行控制等，可模拟各类管道元件如机泵阀、控制元件、热力元件及各种仪表检测元件。 SPS高级瞬态模拟仿真软件功能特点包括：模拟范围：管道配置不限；单相流，批次输送或混合输送管道（非多相流）；可模拟液柱分离及气化；交互式或批文件模拟；图形人机建模界面；多种初始工况供选择。 一、SPS的特点和功能 单一或混合的多种介质：能够模拟单一的流体介质，单相的多种混合流体介质。体积,热值,组分跟踪以及进行成品油界面跟踪：能够对气体在管道内各点进行组分,热值等跟踪分析。能够进行成品油不同油品间的界面跟踪。 热力模型：能够模拟等温模型，绝热模型和温变模型。 理论模拟：能够在现场设备和模拟设备建立相应的连接，以达到与现场相一致。线，转动设备，截断不同类型的管道设备运用，例如管标准的管道设备： 阀和止回阀，感应器，流量计，PID 控制和控制阀等。 单位的处理：拥有公制和英制两种单位，另外可以自己定义单位。 重新启动的能力：能够在给定的状态下，重新模拟运行，并且接受不同的控制方法，不用做重复的工作。 数据输入捷径：使用一些缺省的字符串和命令，达到简单操作的目的。 强大的逻辑控制语言：在INTRAN文件中使用特殊的语言来做为逻辑控制。这种语言有很好的弹性可以用来模拟RTU逻辑或现场的硬件控制。 二、SPS仿真软件－模块架构
收稿日期：!""!#"$#%& 第!"卷第’期 计算机仿真 !""%年’! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!月 文章编号：&""(#’%)*（!""%）"’#"&&+#"% 监控系统中管道内流体运动的仿真研究 罗辞勇，陈众 （重庆大学电气工程学院，重庆)"""))） 摘要：目前监控系统中管道内流体流动的仿真主要采用斑马动画，但该方法不能表达湍流、密度等流体属性。本文在分析了管道内流体物理模型、层流和湍流两种流体运动状态的基础上，提出了以流体质点为核心的仿真办法，流体质点具有受压力而流动、湍流时摄动等属性，来表达流体运动的特点。仿真结果表明该方法比斑马动画更逼真地描绘了管道内流体运动，可有效地增强监控系统界面的动态流程效果。关键词：监控系统；管道；流体质点；层流；湍流中图分类号：,-!$&./% 文献标识码：0 ! 前言 在工业控制现场，管道是工业控制系统构成中非常重要 的部分，当管道内流动的介质发生运动时，计算机监控系统往往要求能够在管道内直观形象的显示流体流动的流速、流向、流体密度等。在目前的计算机监控软件上主要采用的是斑马动画算法来仿真模拟流体的运动，斑马动画主要表达管道内流体有无流体以及是否发生运动，而不便于表达流体介质浓度，特别不能表达具有随机运动特点的湍流现象。 本文在从工程流体力学的基础上，深入分析流体在管道内运动的规律基础上，提出相应的实现方案，最终利用12(/"实现，并得到了很好的应用。 " 流体运动的基本原理 面向对象技术是目前流行的系统设计开发技术，它包括 面向对象分析和面向对象设计。面向对象程序设计技术的提出，主要是为了解决传统程序设计方法##结构化程序设计所不能解决的代码重用问题。 在面向对象程序设计中，抽象是最基本的原则思想之一。因此，必须首先展开对管道和管道内流体运动的对象分析，进行简化描述，提取出相应的抽象物理模型。 流体是液体和气体的总称，在工程力学中，分析流体是采用流体质点的模型进行的。"/! 流体质点 我们把使流体具有宏观物理特性所允许的最小体积，视为流体的最小单元，称它为流体质点。这是研究流体运动的宏观规律必需引用的理论模型。 所谓连续介质，就是将流体看成由无限多流体质点所组成的稠密而无间隙的连续体。我们把流体运动看作是充满一定空间而由无数流体质点组成的连续介质运动。运动流体所占据的空间叫做流场。 "/"直管内流体运动状态 雷诺实验指出流体流动存在层流和湍流两种状态。层 流是指流体质点有规则的在层内流动，而不相互掺混。而随着流体速度增大到某一数值后，流体质点开始作无规则运动，各层间强烈地掺混的杂乱无章运动，这就是湍流。管内流速再继续增大，紊乱的程度将更为强烈。 特别强调，流体运动的两种状态，是对流体力学中研究流体的基本单元#流体质点而言的，而决不是分子的运动状态。 #管道内流体质点的研究 根据上面流体运动的原理分析，流体质点将是研究的重 点，多个流体质点的运动合成起就构成流体的运动。为此我们首先构造质点类。设计好的质点类实例具备流体质点的基本属性，能够仿真显示流体运动的状态。 345662-578934:；#/! 质点类的基本属性 流体质点就是由足够多的流体分子组成的微观上充分大、宏观上充分小的，在一定时刻占有确定的空间位置的一个物理实体。这样质点具有一定的宏观物理量，即具有密度、质量、速度等。 据此我们把流体质点抽象出来成为质点类，该类的基本属性包括流体质点的位置、颜色、速度、湍流程度等，用于描述流体运动的状态。#/" 质点类对象的新陈代谢 为了实现质点对象在管道中不断流动的效果，设计让质点类对象有不断产生和消亡的情况，即有质点类对象的新陈代谢。 质点类的新陈代谢是受到定时器控制的，每隔一定时刻就决定要让一部分质点同管道共生存作为基本质点，从这些质点产生一些孩子质点，同时考虑哪些质点将要被删除。最后所有剩余的质点将在管道内运动不断地刷新，产生动画效 — +&&—万方数据