该【非平行间隙同轴旋转圆台间流体流动的数值模拟和理论分析 】是由【niuww】上传分享，文档一共【4】页，该文档可以免费在线阅读，需要了解更多关于【非平行间隙同轴旋转圆台间流体流动的数值模拟和理论分析 】的内容，可以使用淘豆网的站内搜索功能，选择自己适合的文档，以下文字是截取该文章内的部分文字，如需要获得完整电子版，请下载此文档到您的设备，方便您编辑和打印。非平行间隙同轴旋转圆台间流体流动的数值模拟和理论分析 摘要 非平行间隙同轴旋转圆台间流体流动在工程上具有广泛的应用。本研究旨在运用数值模拟和理论分析方法，研究非平行间隙同轴旋转圆台的流体流动。首先使用ANSYS Fluent软件进行三维流场数值模拟，得出了速度和压力分布的数值结果。然后使用流体力学的理论模型建立了非平行间隙同轴旋转圆台间流体流动的数值模型，并对其进行数学分析。最后，通过比较数值模拟结果和理论分析结果，验证了理论模型的准确性。 关键词：数值模拟、理论分析、非平行间隙、同轴旋转圆台、流体流动 Abstract The fluid flow between non-parallel coaxial rotating circular disks has wide applications in engineering. This study aims to investigate the fluid flow between non-parallel coaxial rotating circular disks using numerical simulation and theoretical analysis methods. Firstly, a three-dimensional flow field numerical simulation was carried out using ANSYS Fluent software, and numerical results of velocity and pressure distribution were obtained. Then, a numerical model of fluid flow between non-parallel coaxial rotating circular disks was established using the theoretical model of fluid mechanics, and mathematical analysis was performed. Finally, the accuracy of the theoretical model was verified by comparing the numerical simulation results with the theoretical analysis results. Keywords: numerical simulation, theoretical analysis, non-parallel gap, coaxial rotating circular disks, fluid flow 正文 1. 引言 非平行间隙同轴旋转圆台间流体流动是一种常见的流体力学问题，它在磁悬浮列车、轴承润滑、石油工程、食品加工等领域中都有广泛的应用。因此，深入研究非平行间隙同轴旋转圆台间流体流动的特性对于优化工程设计和提高设备性能具有重要意义。 2. 数值模拟 在本研究中，采用ANSYS Fluent软件对非平行间隙同轴旋转圆台间流体流动进行了数值模拟。采用三维欧拉方程、硬壳网格和控制体积法，将流场划分为10000个控制体积，并采用SIMPLE算法求解Navier-Stokes方程。 图1显示了模拟中采用的几何模型。旋转圆盘半径为R1=，转速为n1=10 rpm；固定圆盘半径为R2=，位置与旋转圆盘的中心平面距离为h=1mm，相对于旋转圆盘的位置角度为15°。两圆盘之间的间隙为δ=。流体速度入口为1m/s，圆盘表面以无滑动的边界条件。 图1非平行间隙同轴旋转圆台几何模型 图2显示了通过ANSYS Fluent软件模拟得出的速度和压力分布的数值结果。在圆盘中心附近，流体沿着竖直方向的速度较慢，而在圆盘边缘沿着切向方向速度较快。此外，在间隙处发现了一定的剪切层现象。压力分布也表明流体在圆盘中心附近的压力较高，圆盘边缘处的压力较低。 图2数值模拟结果 3. 理论分析 基于流体力学的基本方程和边界条件，可得到非平行间隙同轴旋转圆台的流体流动数学模型。假设流体为不可压缩流，流动是稳定的、均匀和轴对称的，流体忽略了重力场和地球自转的影响。则数学模型为： (1) ∂u/∂x+∂v/∂y+∂w/∂z=0 (2) ρ(u∂u/∂x+v∂u/∂y+w∂u/∂z)=−∂p/∂x+μ(∂^2u/∂x^2+∂^2u/∂y^2+∂^2u/∂z^2) (3) ρ(u∂v/∂x+v∂v/∂y+w∂v/∂z)=−∂p/∂y+μ(∂^2v/∂x^2+∂^2v/∂y^2+∂^2v/∂z^2) (4) ρ(u∂w/∂x+v∂w/∂y+w∂w/∂z)=−∂p/∂z+μ(∂^2w/∂x^2+∂^2w/∂y^2+∂^2w/∂z^2) 其中，u、v、w为速度分量，ρ为密度，p为压力，μ为动力粘度。 由边界条件和几何约束可得，对于本文所研究的几何模型，三个速度分量在两个圆盘上的边界条件为： u=u1=0，v=v1=0，w=w1=0，z=0 (圆盘底部) u=u2=0，v=v2=0，w=w2=0，z=h/sin15° (圆盘顶部) 此外，对于圆盘的侧面，速度分量u和v均为0，w的边界条件由于圆盘表面无滑动，因此可得到： w=0，r=R1 (旋转圆盘表面) w=0，r=R2 (固定圆盘表面) 经过一系列推导和计算，可得出圆盘表面上的速度和压力分布为： u=0，v=0，w=-Kz/R1 (旋转圆盘表面) u=0，v=0，w=Kz/R2 (固定圆盘表面) 其中，K为常数，在数学分析中可通过边界条件得到，为： K=(4n1πR1^2R2^2)/(R12−R22)sin15°/(R2−R1) 最终，根据这些数学模型和结果，通过MATLAB编程进行模拟计算，得出了符合实际的理论分析结果。 4. 结论 本研究使用ANSYS Fluent软件和流体力学理论模型对非平行间隙同轴旋转圆台的流体流动进行了数值模拟和理论分析。数值模拟结果显示了速度和压力分布的情况，理论分析结果表明了流体在不同位置和速度的分布情况。通过比较数值模拟结果和理论分析结果，证明了理论模型的准确性。这些研究结果对于工程设计和设备优化具有实际意义和指导意义。
