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皮托管温度场的三维数值分析
发表时间:2007-2-21 核工业理化工程研究院 丁保庚 王颖 周陈龙   来源:e-works
关键字:皮托管 温度场 三维数值分析 CFX ansys icem 
对皮托管处于高马赫数均匀氟里昂气体来流下不同头部形状、不同姿态的皮托管进行流固耦合计算,给出了固体域温度场三维数值分析结果。计算是采用ANSYS软件的结构模块进行建模,然后应用ICEM软件进行网格的划分,采用CFX软件进行数值求解和进行数据的后处理。

    由计算结果可以发现,整个皮托管呈现头部温度较高,最高温度达到247℃,随后沿管道方向逐渐降低的温度分布(如图4所示)。图5和图6中显示皮托管头部形成了非常明显的正激波,使得皮托管头部附近的气体温度急剧上升,这些温度升高的气体,通过热传导将热量传递到皮托管的头部,使得其头部的温度也急剧升高,最高温度达342℃。激波后的高温气体沿流动方向随着热量的散失温度逐渐下降,因而其通过热传导传到皮托管的热量也沿着管道的方向逐渐降低,直至环境温度。     

4.2  头部有70度切角、均匀来流无攻角情况

    当流无攻角时,计算结果如下所示(见图7~9)。

     

图7 来流无攻角情况皮托管的温度分布

    图8 来流无攻角情况皮托管对称面上气体等压线图

    图9 来流无攻角情况皮托管对称面上气体等温线图

    当皮托管头部被切掉20度,成70度切角形状时,皮托管仍然呈现头部温度较高,尾部温度较低的温度分布,如图7所示。从流场的计算结果(如图8、图9),在皮托管头部尖角处形成了斜激波,然后逐渐过渡为脱体激波,这是使得其头部附近的气体温度以及皮托管温度升高的主要原因。但皮托管头部最高温度下降到了240℃,说明由于头部存在切角,减弱了皮托管头部的正激波,使得其头部的温度较平头时有所下降。

4.3 头部有70度切角、来流有5度攻角情况

    当来流存在5度的攻角时,其计算结果如下所示(见图10~12)。

     

图10 来流有5度攻角时皮托管的温度分布

图11 来流有5度攻角皮托管对称面上气体等压线图

    图12来流有5度攻角时皮托管对称面上气体等温线图

    当来流存在5度攻角时,整个皮托管的温度分布状况以及头部最高温度与无攻角时基本相同(图10),其流场结果(图11、图12)也相差不大,说明来流存在小角度(5度范围之内)攻角,对皮托管的温度分布以及附近流场几乎没有影响。     

本文系e-works专稿,未经授权严禁转载。
 
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责任编辑:蒋汉桥