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汇报人：

2024-01-09

电脱水器绝缘棒圆柱绕流数值模拟研究

目录

引言

电脱水器绝缘棒圆柱绕流数学模型

数值模拟方法与求解过程

目录

电脱水器绝缘棒圆柱绕流数值模拟结果分析

电脱水器绝缘棒圆柱绕流影响因素探讨

结论与展望

引言

电脱水器是石油工业中重要的设备，用于去除原油中的水分。绝缘棒圆柱绕流是影响电脱水器性能的关键因素，因此对其进行数值模拟研究有助于提高电脱水器的效率和性能。

石油工业需求

通过对绝缘棒圆柱绕流的数值模拟，可以优化电脱水器的设计，提高脱水效率，降低能耗，为石油工业带来经济效益。

工程应用价值

国内研究现状

01

国内在电脱水器绝缘棒圆柱绕流数值模拟方面已有一定的研究基础，但主要集中在简单的二维模型上，对复杂的三维流动模拟研究相对较少。

国外研究现状

02

国外在电脱水器绝缘棒圆柱绕流数值模拟方面研究较为深入，已经建立了较为完善的三维数值模拟方法和模型，并取得了一定的研究成果。

发展趋势

03

随着计算机技术和数值模拟方法的不断发展，未来对电脱水器绝缘棒圆柱绕流的数值模拟将更加精细和准确，实现从微观到宏观的全尺度模拟。

研究内容

本研究旨在通过建立三维数值模型，对电脱水器绝缘棒圆柱绕流进行详细的数值模拟研究，分析不同操作条件和结构参数对绕流特性的影响。

研究方法

采用计算流体动力学（CFD）方法进行数值模拟，建立合适的物理模型和数学模型，运用高性能计算机进行大规模的数值计算，并对模拟结果进行详细的分析和讨论。

电脱水器绝缘棒圆柱绕流数学模型

连续性方程

描述流体质量守恒，即单位时间内流入和流出控制体的质量差等于控制体内质量的增量。

动量方程（Navier-Stokes方程）

描述流体动量守恒，即流体微元所受合力等于其动量对时间的变化率。

能量方程

描述流体能量守恒，即流体微元内能的变化等于进入微元的净热流量加上体积力和表面力对微元所做的功。

初始条件

给定计算域内各点的初始速度、压力、温度等参数。对于非稳态模拟，还需要给定初始时间步长和时间步长增长因子等参数。

入口边界条件

给定入口处的速度分布、湍流强度、湍流尺度等参数。

出口边界条件

给定出口处的压力或速度分布，以及湍流参数的边界条件。

壁面边界条件

对于绝缘棒表面，采用无滑移壁面条件，即流体在壁面处的速度为0。同时需要考虑壁面对湍流的影响，如壁面函数法等。

数值模拟方法与求解过程

采用结构化网格对电脱水器绝缘棒及周围流场进行划分，确保网格质量和计算精度。

通过逐步加密网格，比较不同网格密度下的计算结果，验证网格独立性，确保计算结果不受网格密度影响。

网格独立性验证

结构化网格

求解器选择

选用适用于圆柱绕流问题的求解器，如Fluent、CFX等，确保计算的准确性和稳定性。

通过监控计算过程中各物理量的残差变化，判断计算是否收敛。当残差降至预设的较小值时，认为计算收敛。

残差监控

将计算收敛后的结果输出，包括流场速度分布、压力分布、涡量分布等，以便后续分析和讨论。

结果输出

利用后处理软件对计算结果进行可视化处理，直观地展示流场特征和绝缘棒受力情况。

数据可视化

电脱水器绝缘棒圆柱绕流数值模拟结果分析

绝缘棒表面压力分布呈现一定的规律性，通常表现为前端压力较高，后端压力较低。

压力分布规律

沿着绝缘棒表面，压力梯度逐渐减小，导致流体速度增加。

压力梯度变化

在某些情况下，绝缘棒表面的压力可能出现波动，对流场稳定性产生影响。

压力波动

03

速度波动

在某些情况下，绝缘棒周围流体的速度可能出现波动，对流场稳定性产生影响。

01

速度分布规律

绝缘棒周围流体的速度分布呈现一定的规律性，通常表现为靠近绝缘棒表面速度较低，远离绝缘棒表面速度较高。

02

速度梯度变化

沿着绝缘棒表面，速度梯度逐渐增大，导致流体剪切力增加。

电脱水器绝缘棒圆柱绕流影响因素探讨

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随着绝缘棒直径的增大，阻力系数呈现先减小后增大的趋势。

阻力系数变化

绝缘棒直径的变化对升力系数的波动幅度和频率有显著影响。

升力系数波动

不同直径的绝缘棒会导致绕流流场结构发生变化，如涡旋的生成和脱落。

流场结构改变

来流速度的增加会导致阻力系数减小，但变化幅度逐渐趋于平缓。

阻力系数变化

来流速度对升力系数的波动幅度和频率也有一定影响，但不如直径显著。

升力系数波动

较高的来流速度可能导致流场的不稳定性增加，涡旋的生成和脱落更加频繁。

流场稳定性

粘度影响

流体密度对绕流特性的影响主要体现在阻力系数上，密度越大，阻力系数越大。

密度影响

可压缩性影响

对于可压缩流体，其绕流特性与不可压缩流体有所不同，可能表现出更复杂的流动现象。

流体的粘度会影响绕流流场的细节结构，高粘度流体可能导致更大的阻力系数和更小的升力系数波动。

结论与展望

通过数值模拟，得到了电脱水器绝缘棒圆柱绕流的流场分布，包