[发明专利]一种强风沙区单圆柱构件的冲蚀磨损特性分析方法

说明书

本发明公开了一种强风沙区单圆柱构件的冲蚀磨损特性分析方法，包括以下步骤：S1、采用计算流体力学软件ANSYS Fluent对单圆柱试件进行数值模拟，包括：S1.1建立计算域；S1.2对计算域进行网格划分，使得单圆柱试件周围网格内密外疏；S1.3初始条件设置：模拟气固两相流，其中，连续相流体为理想空气；离散相颗粒为沙粒，并设定湍流模型以及连续相的求解控制方程；边界条件设置：对单圆柱试件计算域的各部分边界进行定义；S2、模拟气固两相流运动特征时，离散相与连续相为单向耦合或双向耦合；模拟计算冲蚀作用时，离散相与连续相为双向耦合；所设置参数包括：离散相注入器参数、壁面冲蚀磨损参数。

技术领域

本发明涉及风沙冲蚀磨损技术领域，特别是涉及一种强风沙区单圆柱构件的冲蚀磨损特性分析方法。

背景技术

强风沙区输电线路长期遭受风沙流的冲蚀磨损，使得输电塔构件涂层损伤破坏，随着结构积累疲劳损伤，其性能逐步下降，以至于结构在极端环境荷载下，发生输电塔线体系破坏的事故。因此，研究强风沙区输电塔构件的冲蚀磨损规律对保障电力系统安全运行起到积极作用，具有重要的工程应用价值和学术理论价值。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种强风沙区单圆柱构件的冲蚀磨损特性分析方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种强风沙区单圆柱构件的冲蚀磨损特性分析方法，包括以下步骤：

S1、采用计算流体力学软件ANSYS Fluent对单圆柱试件进行数值模拟，包括：

S1.1建立计算域；

S1.2对计算域进行网格划分，使得单圆柱试件周围网格内密外疏；

S1.3设置计算域的初始条件及边界条件

初始条件设置：模拟气固两相流，其中，连续相流体为理想空气；离散相颗粒为沙粒，并设定湍流模型以及连续相的求解控制方程；

边界条件设置：对单圆柱试件计算域的各部分边界进行定义；

S2、设置计算域参数

模拟气固两相流运动特征时，离散相与连续相为单向耦合或双向耦合；模拟计算冲蚀作用时，离散相与连续相为双向耦合；所设置参数包括：离散相注入器参数、壁面冲蚀磨损参数。

优选地，S1.1中，建立计算域的方法为：将计算域坐标系的原点设于计算域入口处底部，坐标系的x轴与来流风方向平行，坐标系的z轴与横风向平行，单圆柱试件的轴线平行于横风向，y轴垂直于来流风方向和横风向，设单圆柱试件的直径为D，计算域x轴向尺寸为20D，y轴向尺寸为10D，z轴向尺寸为单圆柱试件的长度，单圆柱试件轴向的两端与计算域两侧壁面齐平，单圆柱试件轴线距离入口壁面5D，距离出口壁面15D，距离上壁面、下壁面5D。

优选地，S1.2中，对计算域进行网格划分的方法为：采用ICEM软件对计算域进行网格划分，采用结构化网格对单圆柱试件外流场进行网格划分，将单圆柱试件周围的网格加密对应圆柱绕流，采用o型网格并设置划分尺寸使得单圆柱试件周围网格内密外疏。

优选地，S1.3中，初始条件设置：采用DPM模型模拟气固两相流，采用连续性方程、动量方程以及三维Navier-Stokes方程作为连续相的求解控制方程；采用Realizable k-ε模型作为湍流模型，壁面函数模型采用增强壁面函数。

边界条件设置：计算域入口采用速度入口，风速大小根据所模拟工况确定，湍流强度5％，水力直径等于4A/P，A为截面面积，P为截面周长；指定离散相颗粒类型为逃逸；计算域上下壁面以及左右壁面采用对称边界；计算域出口采用自由流出口，指定离散相颗粒的类型为逃逸，流量比重为1；单圆柱构件边界条件采用壁面类型，且采用无滑移边界。