[发明专利]一种获得槽道入口完全发展流动边界条件的方法

说明书

本发明属于计算力学技术领域，涉及一种获得槽道入口完全发展流动边界条件的方法。该方法包括：首先，在原槽道入口前附加一段平面槽道，得到修正的槽道；其次，基于所设置监测点，判断附加平面槽道的长度是否满足原槽道入口边界获得完全发展流动速度分布的要求，若不满足进行调整；判断修正的槽道入口边界湍流量是否满足原槽道入口边界获得完全发展流动湍动能分布的要求，若不满足则进行调整；若满足，则完成了一种获得槽道入口完全发展流动边界条件的方法。本发明所提方法可有效地减小采集实验数据点并做曲线拟合带来的误差，简化了获得完全发展分布的操作过程，能快速有效地在槽道入口获得完全发展流动入口边界条件。

技术领域

本发明属于计算力学技术领域，涉及一种获得槽道入口完全发展流动边界条件的方法。

背景技术

U型槽道流(U-bend flow)是一种具有强流线曲率特性的流动，且在管道内壁会发生大量边界层分离和再附现象。这些流动特征对于数值计算具有很大的挑战，因此U型槽道流成为验证数值方法的经典算例。

1989年Monson和Seegmiller对U型槽道流进行了实验研究和数值计算。数值计算中，入口处流动均假定为完全发展流动，并将实验测得的弯道上游某处的速度分布和湍动能分布作为入口边界条件。随后Shur和Strelets等人提出通过对平面槽道流进行计算，获得完全发展流动的速度分布和湍动能分布，然后再将这些分布作为U型槽道流计算域的入口边界条件。然而Monson和Seegmiller或者Shur和Strelets提出的获得计算域入口边界的速度分布和湍动能分布的方法均存在着一些问题：

(1)Monson和Seegmiller提出的方法需要对实验数据进行最小二次拟合，但此方法需要获取多个数据点，实现过程较为复杂，且拟合得到的曲线与真实速度分布和湍动能分布存在误差；

(2)Shur和Strelets提出的方法需要计算平面槽道流算例，然后提取速度分布和湍动能分布，并将这些分布指定给U型槽道流入口边界，即：需要提取数据以及给U型槽道入口边界赋值，实现过程复杂度较高，导致计算平面槽道流及后续数据处理带来附加工作量。

本发明思路与(2)方法类似，通过直接在U型槽道流入口前附加一段平面槽道的方法来获得入口截面所需要的完全发展流动速度分布和湍动能分布。与(2)方法相比，简化了获得完全发展流动分布的操作过程；与(1)方法相比，解决了曲线拟合引起的不必要的误差。

发明内容

本发明的目的是为了降低获得完全发展流动分布的操作复杂度以及减小误差，提出了一种获得槽道入口完全发展流动边界条件的方法。

一种获得槽道入口完全发展流动边界条件的方法，具体实现步骤如下：

步骤1、在原槽道入口前附加一段平面槽道，得到修正的槽道；

其中，优选的原槽道为U型槽道；

优选的附加的平面槽道长度范围为原槽道宽度的10倍到15倍；

步骤2、在修正的槽道入口给定槽道平均速度、湍流量等入口边界条件，并在原槽道入口截面上设置监测点；

步骤3、判断原槽道入口截面上的速度分布是否满足完全发展流动速度分布，并根据满足与否的情况进行如下相应操作：

3.1若不满足，则原槽道入口截面未获得所需的完全发展流动速度分布，跳至步骤1，继续调整平面槽道的长度；

3.2若满足，则原槽道入口截面获得所需的完全发展流动速度分布，跳至步骤4；

步骤4、经步骤3后，即原槽道入口截面上的速度分布满足完全发展流动速度分布，再调整修正的槽道入口边界的湍动能、湍动能耗散率等湍流量；

步骤5、判断原槽道入口截面上的湍动能分布是否满足完全发展流动速度分布，并根据满足与否的情况进行如下相应操作：