油气润滑系统中弯管内油气两相流数值仿真.pdf

机械研究与应用?2013年第4期(第26卷,总第126期)
应用与试验
油气润滑系统中弯管内油气两相流数值仿真
曾宪文,孙启国,吕洪波
(北方工业大学机电工程学院,北京100144)
摘要:基于 LUENT对油气润滑系统中常见的竖直向下弯管的油气两相流场进行了仿真。通过分析弯管处流场的
特性,研究了弯管对油气两相流的影响。结果表明:弯管对油气两相环状流有破坏作用,且这种彩响会需要到达直管
定距离后才会消失
关键词:油气润滑; FLUENT;弯管;油气两相流
中图分类号:TH117.1
文献标志码;:A
文?编号:1007-4414(2013)04-0077-03
Numerical Simulation of Oil-air Two-phase Flow in Ebow of the Oil-air Lubrication System
ZENG Xian-wen, SUN Qi-guo
LV Hong
( College of Mechanical Engineering, North China University of echnology, Beijing 100144, Chin
Abstract Oil-air two-phase flow in elbow of the oil-air lubrication system is simulated based on FLUENT. The elbow re-
flects on oil-air two-phase ow is researched through studying the flow field characteristic. The results show that oil-air annu-
lar flow will not be disrupted by elbow until oil-air flow reach to a certain length of straight pipe
Key words: oil-air lubrication FLUENT; elbow; oil-air two-phase flow
三维模型,对弯管部分油气两相流场进行分析,得到
油气润滑作为一种先进的润滑技术,正被越来越其速度场及压力场的分布,并分析出?处的平均压
多的应用到工业生产的各个领域。油气润滑实现高力、速度值及润滑油流量的波动来研究弯管对油气润
效润滑关键技术之一就是要求润滑油能够精细、稳定滑效果的影响。
地到达润滑点,这就要求油气润滑系统管路中的2仿真模型的建立
油气两相环状流能够保持一定的稳定性2。生产实
其仿真模型如图1所示,前半部分为油气混合腔
际中针对不同的工况,油气润滑系统的布置是非常复体,混合管直径为10mm,水平直管段长度为400
杂的,油气混合设备的安装位置受到场地区域、待润mm,竖直向下部分长为100m,弯曲半径为7.5
滑设备的结构形状等的限制及润滑设备同时存在多mm。对弯管部分划分网格如图2所示。采用结构化
个润滑点,这些因素决定了油气输送管布置形式必然的四面体网格,为了获得油液沿壁面的分布特性,欢
是多种多样。而弯管是其中最常见的一种形式,弯管壁面采取边界层。
对油气两相环状流的影响是环状流出现不稳定的一
个重要原因,因此对混合器出口处布置弯管部分研究
油入口
意义。
航体入口
管路结构形式对于两相流的影响,也有大量的研
油气出口
究。有些学者对油气两相流流过弯管的局部特性进
图1竖直向下的弯管
行了理论和实验研究,提出了新的计算弯管压力损失
的计算公式3。随着计算机水平提高,丁珏等人
采用数值模拟的方法,对90°方截面弯管的流动特性
进行了研究,为管内流体的研究提供了一种新的方
法。高忠信、邓杰等采用了数值仿真的方法,研究
了180°圆弯管内的气液两相流的流体特性,数值计
图2弯管网格模型
算结果和实验结果吻合,证明了数值方法的正确性。
为便于后面的分析描述,对弯管部分横截面所处
以上研究针对油气润滑其油液较少的情况研究较少。位置做出如图3所示定义转角a,顺时针方向为正。
笔者将对竖直向下弯曲管路,利用 FLUENT建立
收稿日期:2013-05-28
基金项目:北京市属高等学校人オ强教计划资助项目(PHR201107109
作者简介:曾宪文(1987-),女,山东济宇人,硕士,研究方向:油气润滑设备关键技术及其成套设备研发
应用与试验
2013年第4期(第26巻,总第126期)·机械研究与应用?
来流
外壁油膜尻乎消失。在竖直向下管道,由于重力的作
用,出现向下流动的油液波浪,挤压气体通道,造成压
外凸面
力损失。提取进入弯道=(0°截面和进入竖直管道
=90°两个截面上含油率和压力值如表1所示。
内四面
图3弯管截面的示意图
3仿真条件设置
把图2所示的网格文件导入FI.LENT仿真软件
图5弯管横截面油气分布图
中。仿真环境及初始条件设置如下
(1)彷真环境的设置笔者不考虑能量的交换
表1弯管入口出口截面上含油率与压力值
过程,因此将不选择能量方程,根据实际情况,设置工
项日
含油率
力值(Pa)
作环境为1标准大气压,且考虑重力的影响设置为
x=0°截面
9.81N/kg
截面
0.073
l0]883.37
(2)材料特性设置空气密度为1.225kg/m3,
动力粘度为1.789x10-(kg/m?s);油选择VC46号
由表1可以看到,进入弯管时含油率小于离开弯
液压油,其密度为890kg/m2,0.058kg/m?s。
管时含油率,这与图5所示中油气分布情况刚好吻
3)壁面设置考虑近壁面油气流动情况,采用合,由于在进入弯管段时,油膜受到破坏,在流出弯管
加强壁面设置:为追踪气液界面瞬态变化,选择几何重新形成油膜时受到重力作用会出现某一位置油液
重构法以便获得精确界皕变化。
过分集中的现象。=0截面压力值比a=90°截面
(4)相设置由于油气润滑是大量气体携带少离开弯管的截面乐力值高出7657.46Pa,这是由于
量油实现润滑的,因此设定气体为第一相,油为第二弯管部分的压力损失造成的。
相,表面张力设置为0.0273N/m。
4.2弯管纵截面速度和压力分布
(5)初始边界设置根据实际生产中,设置油入
图6为管道Z=0的对称面上的速度分布图,弯
?、气体人口均为速度入口,出ロ为压力出ロ,油气的管部分处速度变化较大。内凹壁面附近流速大于外
接触角为30°。
凸面,造成此现象的主要原因是由于在进入弯管后流
(6)设定气体为第一相,油为第二相,设置流场动过程中,流体由于曲线运动而产生离心作用,导致
区域内第二相初始体积含量为0
流体被挤压到外壁面,凸边出现扩散效应,内面形
(7)气体入口速度为80m/s。
成加速通道
(8)油的人口速度为2m/s。
而压力的变化则与此相反,7为管道Z=0的
9)出口压力为101325Pa;重力设置为-9.8
对称面上的压力分布图,弯管在内径沿方向的压力梯
N/kg,时间步长设置为1x10°(s)。
度相对于水平管道较大,内凹边的壁面区域的压力