2017年第8期信息通信2017
(总第176 期）INFORMATION & COMMUNICATIONS (Sum. N o 176)
韩思奇，邵欣，檀盼龙
(天津中德应用技术大学智能制造学院，天津300350)
摘要：流量计的测量精度受多方面因素影响，流体粘度是其中很重要的方面，而且当前针对这一问题的理论研究不是很 多，而流体力学商业软件中实用性比较强的是Fluent。文章利用Fluent，结合已有的数学模型对不同性质的流体在管内 流动的情况进行模拟，分析流体粘度、速度发生变化对流动状态的影响。结果表明流体粘度和速度的变化会影响边界层 厚度及管道内的速度梯度分布。 关键词：
中图分类号:TE327 文献标识码:A文章编号:1673-1131(2017)08-0012-03
1概述
当今工厂中生产的流量计都是按照相关规定，在标准条
件下对仪器的精度和量程进行调整，通常的标准条件是指在
水和空气下[1]。但实际应用中流体大多为非标定介质的粘性
流体，如果流体粘度较小可以看作理想流体来分析[a。但是当
需要检测的流体粘度与流量传感器标定的介质粘度差别很大 时，其精度会受到影响，检测到的数值存在很大的误差。因此，
随着人们对流体相关领域认识的深入以及测量精度的提高,
越来越重视流体粘度在测量中所造成的影响0]。
在众多CFD软件中，Fluent在流体力学的研究模拟中实
用性最强，与其他传统CFD软件相比,Fluent突出的特点是稳
定性高、试用范围广、计算精度高[4]。Fluent软件的核心理论是
有限体积法，该方法能够比较精确地模拟复杂几何模型下流
体的性质以及能量交换情况。Fluent的前处理软件Gambit能
够根据实际几何模型生成结构及非结构网格，对于复杂的几
何模型还具备自动生成网格功能，生成的二维或三维网格质
量普遍较高。
5总结与展望
本文在分析国内外研究现状的基础上，研究了 UW B高精
度定位技术和基于IMU传感器进行航位推算的定方案。分析
和测试U W B在室内环境下的定位性能，研究IM U定位技术
的优点，将U W B与IMU进行融合定位。该定位模型可以在
一定范围内对室内的物体进行准确导航定位。
分析超宽带定位精度时需要添加更多的环境因素来模拟
更加复杂的室内环境。此外还应该对传感器的不同布局深入
研究，同时在分析人体对信号的干扰作用时，应该更加全面地
考虑室内流动人员对信号的干扰和影响作用。
参考文献：玉米棒烘干机
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种新的方法，本文通过数值模拟不同流体粘度下管道特定区
域流体速度矢量的变化情况，进而分析管道流体湍动、压力的
变化情况，可以更好地对传感器进行修正以提高传感器的精
度。
2模型的建立
2.1物理模型
物理模型由两根管径为l〇cm的管道组成，管道由50cm
的垂直管和150cm的水平管道连接而成，为了研究流体在管
道内的湍动情况，水平管道设置在距垂直管道底端5cm处。管
道内流动介质粘度设定3种:0.001pa •s(水)、0.015pa •s(原
油）以及〇.〇72pa_s(植物油）。管道粗糙高度设为0.04mm,
粗糙常数设为0.6。
2.2数学模型
确定流动输运项的代数方程或者函数方程，通过这类方程可
以使雷诺方程收敛。湍流模型首先对湍流过程进行假设，通
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12
信息通信韩思奇等：基于Fluent的不同粘度流体流动状态研究
过经验常数或者微分方程来创立高阶、低阶输送项。模拟的
过程要兼顾计算精度与计算时间，fluent常见的湍流模型有以
下三种:k-e模型、雷诺应力模型(RSM)和k-w模型气
k-e模型适用于完全发展湍流情况，因此不需要考虑流体
内部分子间的作用力,k代表湍流动能方程，6代表湍流耗散率
的输运方程。标准k-E模型优点是稳定性、经济性以及精度高,
适用于大多数工程案例;RNG k-e模型适用于湍流粘度减小的
情况，这因为高张力引起的，常用于计算低雷诺数的流动;Re
alizable k-e模型能够计算流动分离和复杂二次流情况，特点是
能够保持雷诺应力和实际的湍流性质保持一致气
标准k-w模型考虑了湍流程度较低状态下的影响、流体针筒式滤膜过滤器
定常的因和剪切流的流动，常用于在射流、尾迹研究、边界层
流动和剪切流模拟[71。
RSM模型占用计算机内存比较大，如一旦涉及到雷诺应
力的各向异性时可以应用该模型。RSM模型主要适用于带有
强旋的流动情况，比如旋风、流体输送过程中的二次流等。
综上比较而言,k-e模型形式比较简单，计算量不大，而且
能比较精确的模拟大部分实际情况的湍流运动，所以本次模
拟选取标准k-e模型作为湍流模型。
3模拟分析
3.1控制方程
在模拟过程中要综合考虑多种守恒公式，主要包括：质量、
动量、能量守恒定律。假设系统不是单一组分的话，那在模拟
过程中还需要考虑组分间的相互作用，那么各介质的守恒定
律就不可忽略。本次模拟的部分流动处于雷诺数相对较高的
流动状态，因此需要添加湍流的相关输送方程。控制方程将
多种守恒定律利用数学方法进行描述，由于本次研究流体与
管道间没有温度差而且是在恒温状态下流动，所以不包含能
量守恒方程。
质量守恒方程：
1^=0
ax.
动量守恒方程
dt dx,W y-(A+ A)(|p-+ |^)
o X f ax.dx,
(1)
(2)
4流场模拟及结果分析
流体为水，入口速度V=0.1m/s，管道雷诺数为Re=10000;
入口速度V=0.5m/s，管道雷诺数为Re=50000；入口速度
V=1.0m/s，管道雷诺数为 Re=100000。网络雷达无线接收器
流体为原油，入口速度V=0.1m/s，管道雷诺数为Re=473;
入口速度V=0.5m/s，管道雷诺数为Re=2367；入口速度
V=1.0m/s，管道雷诺数为Re=4733。
流体为植物油，入口速度V=0.1m/s，管道雷诺数为
Re=128；入口速度V=0.5m/s，管道雷诺数为Re=639；入口速度
V=1.0m/s，管道雷诺数为Re=1278。
4.1不同粘度流体对管道内边界层的影响
由图可以看出，管道内可以明显的看到边界层的存在。当
入口速度相同时，随着流体粘度的提高，流体的雷诺数随之减
小，边界层的厚度逐渐增加。相同粘度下，随着速度入口流速
的增加，流体的雷诺数随之提高，边界层厚度有变小的趋势。
由此可以得出结论，管道内流体的边界层性质与雷诺数有关,
雷诺数越低边界层越厚，而且在低雷诺数状态下边界层对于
流体的影响不可忽略。
4.2不同粘度流体对管道内速度分布的影响
图1、图2中均可以看出，流体在流入管道时首先要通过
入口段，之后流体充分发展。在入口段不同状态下流体的速
度分布也在不断变化。从图中可以发现，各种流体的速度均
在管道中心处达到最大，但是不同粘度的流体其变化规律也
有很大不同。层流下管内的流体速度是由管壁到管中心处缓
慢增大，而湍流情况下管近壁处到管中心速度成直线规律变
化，湍流核心区的速度比较均匀，速度梯度小。
流体管道交界处湍动比较剧烈，轴向速度大小高于纵向，不
同粘度下出口速度分布区别较大。而且随着速度的增加及粘度
的降低，也就是随时雷诺数的提高，这种差异趋势有所增加。
B E B
3.2边界条件与数值模拟
针对于模型的数值模拟，给出以下边界条件：
(1) 进口边界条件：流体以设定速度，垂直方向进入到管 道中；
(2) 出口边界条件：设置为出流outflow;
(3)壁面边界条件：固体壁面条件设定为无滑移。通过 GAMBIT软件绘制物理模型，并完成网格的划分。本次模拟
采用的管道模型比较简单，网格划分选取运用边界层网格、边
网格、面网格的划分方式。Fluent中选择分离式的求解器，采
用隐式算法，采用SIMPLE算法。在计算的过程中，根据收敛情
况，可以将松弛因子进行适当调整，收敛残差标准均设为1〇_3。
(4) 湍流定义方法采取“湍流强度与水力直径”方法。
湍流强度I定义为相对于平均速度的脉动速度u’的
均方根。当湍流强度小于或等于1%时属于低强度，湍流强度
大于10%时称为高强度。流动在完全发展的情况下，湍流强
度通常能够达到了百分之几。在管道中流体完全发展的情况
下，一种经验公式经常作为湍流强度的计算方法：a.水，V=CUm/s b•水,V=0.5m/s c.水，V=1.0m/s
图1入口速度对流型的影响
B B B
d.水，V=0.1m/s
e.原油，V=0.5m/s
f.植物油，V=1.0m/s
图2流体粘度对流型的影响
5结论
通过在管道内进行多粘度流体及流速的模拟研究，为流 量传感器的精度设计提供了一种新的研究思路和方法。利用 Fluent软件可以将模拟结果以图像形式表现出来，定性定量地 分析不同粘度及速度下管内流体的速度分布及边界层性质规 律。流体粘度的提高会提高管道内边界层的厚度，近壁处距 管道中心处速度梯度较大；相同粘度下随着流体速度的提高 速度分布逐渐均匀，边界层变薄。
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2017年第8期信息通信2017
(总第176 期）INFORMATION & COMMUNICATIONS (Sum. No 176)
牛千1•=*，唐亚明S贾俊1
晴天小秘书(1.国土资源部黄土地质灾害重点实验室;2.中国地质调查局西安地廣调查中心，陕西西安710054)
摘要：城镇地质灾害风险管理信息系统建设从地质灾害调查的实际需要出发，结合科学有效的地质灾
害风险性评估模 型，根据国家和各地区地质灾害管理工作的有关规定，以计算机技术为基础，以地质突害大数据为核心，以网络传输为通 讯手段，利用GIS、大数据、三维可视化和等现代计算机技术，对原始搜集资料、遥感数据、工程地质测绘数据、地球物理 勘探数据、工程地质勘探数据与分析成果等多专题的地质信息数据进行集成和综合，建立城镇地质灾害风险管理信息系 统。实现在不同概率条件下地廣灾害的风险性评价与科学化、自动化生成不同尺度地质灾害图件；通过与地方政府国土 资源管理业务相结合，实现为应急救灾、灾后临时安置点的安全选址方面提供基減性、专业性的技术支撐；实现地质灾害 调查评价等地质灾害数据的存储、融合、共享和管理。 关键词：地质灾害数据；数据管理;B/S;C/S;GIS
中图分类号:F270 文献标识码:A文章编号:1673-1131(2017 )08-001冬02
〇引言
“城镇地质灾害风险管理信息系统”从地质灾害调査的实
际需要出发，利用GIS、大数据、三维可视化等现代计算机技
术，对原始搜集资料、遥感数据、工程地质测绘数据、地球物理
勘探数据、工程地质勘探数据与分析成果等多专题的地质信
息数据进行集成和综合，建设吕梁山区重要城镇地质灾害调
査数据平台，实现城镇地质灾害大数据融合与管理，同时为专
业技术人员提供一个综合化、智能化、规范化的基础服务平台。
1系统设计
“城镇地质灾害风险管理信息系统”允许多个业务应用模
块并行运行，同时还要保证各模块的信息共享。鉴于此，基于
多层结构对系统进行设计。该系统还是一个复合软件系统，
由不同的应用软件组合而成 '系统在设计时充分考虑吕梁 山区城镇地质信息的特点，按照实用性原则、可靠性原则、经 济性原则和先进性原则对系统进行开发气
1.2系统基本架构
系统基本构架设计为4个逻辑层次：数据层、平台层、功 能层、表现层。如图1所示。
表现层为用户使用城镇地质灾害风险管理信息系统业务 平台和服务产品时的客户端图形用户界面，功能模_过卿根据用户的需求进行可视化地操作。功能层涵盖了系统所实 现的功能：城镇地质灾害数据管理功能、地质灾害空间分析功 能、地质灾害评价应用功能、地质灾害数据服务管理功能等。各种功能进行模块化实现，便于管理和操作。平台层包括编 程语言、各神技术手段以及相关软件工具。数据层作为整个 系统的数据支撑提供基础数据服务M。
图1系统架构图
2系统数据库设计
(1) 数据内容。系统所渉及地质灾害数据主要包括遥感影 像数据、空间矢量数据以及其他非结构化数据。遥感影像数据
主要格式为格式和*.j p g格式存储。空间矢量数据
包括地形地物数据和DEM数据，其格式为*.lyr数据(*.shp、*
.sh x以及* dbf)和*.im g格式。图形数据库包括基础数据、综合
背景数据、地质灾害专题数据，属性数据库主要是地质灾害的
统计信息以及非结构化数据。其中基础图层包括行政区划数
据、交通数据、河流分布数据等，综合背景数据包括区域地质
岩性、断裂分布等数据，地质灾害专题数据主要是区域地质灾
害点分布图w。
(2) 数据组织与管理。地质灾害数据从形态种类上可分为 文件型数据、空间数据、栅格数据、属性数据等。①文件型数据
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基金项目：2016年天津市自然科学基金项目（17JCYBJC16800);
天津中德应用技衣大学科技培育重点项目C zd ld2016^001)；天津中
酒精壁炉德鋼財大学自制实验实训设备重点项目(ZDZY2016"03C) 〇
作者简介：韩思奇(1989-)，男，天津人，助教，硕士，主要从事
流体力学模拟相关工作。
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