流体动力学（CFD）在往复式压缩机管道系统气流脉动计算中的应用流体动力学（CFD）在往复式压缩机管道系统气流脉动计算中的应用 摘 要：参照实验室所搭建的管道系统实验平台，根据计算流体动力学（CFD）方法建立管道内气体的二维非定常流动模型。利用流体仿真软件 FLUENT 计算了缓冲器及孔板前后的气流脉动，通过分析气流脉动曲线及流场的分布情形验证了缓冲器及孔板对气流脉动的消减作用。通过对比实验数据验证了利用 CFD 技术讨论管道系统气流脉动是准确可靠的。 关键词：管道系统 CFD 技术 气流脉动 FLUENT 孔板 往复式压缩机是石油、天然气、化工及电力等工业生产中的重要机械设备，其管道系统又是实现物质运输的主要途径，然而管道系统的振动会对安全生产造成很大的威胁，众多生产实践表明压缩机管路的绝大多数振动问题都是由气流脉动引起的，而压缩机吸排气的间歇性、周期性特点是产生气流脉动的主要原因。因此讨论气流脉动的产生机理，建立合理的流体动力学模型进行管道中气流脉动的预测具有重要的理论意义和工程有用价值。 现有讨论气流脉动较为成熟的方法大多基于平面波动理论[1]或一维非定常流动理论[2]，它们均未考虑流体流动时湍流的影响，同时对缓冲器、孔板、冷却器、分离器等管路元件的气流脉动计算精度也较差。随着计算机速度的提高和近年来 CFD 技术的进展，选用有限元方法[3，4]及有限容积法[5]计算管系的气流脉动取得了一定的成效。CFD 方法[6]应用于稳态的工业流场模拟已有较多的报道，但对非稳态的脉动流场讨论较少。 本文基于 CFD 方法建立管道系统流体动力学模型。在考虑湍流的情况下[7]，模拟了含空冷器及孔板管道等管路原件的管道系统非定常流动时气流脉动及流场特性。通过和实验数据对比验证了 CFD方法计算管道系统气流脉动的合理性及准确性。 一、CFD 模拟计算理论 目前广泛用于计算流体力学的数值方法有有限差分法、有限元法、有限体积法等，其目的都是将控制方程离散化，本文用到的CFD 软件 FLUENT[8-9]采纳有限体积法将非线性偏微分方程转变为网格单元上的线性代数方程，然后通过求解线性方程组得出流场的解。因此对于所有流动，FLUENT 都求解质量和动量守恒方程；对于包含传热或可压性流动，还需要增加能量守恒方程；假如是湍流问题，还有相应的输运方程需要求解；我们称以上各方程为控制方程。根据模型特点，本文所用 FLUENT 中的标准 湍流模型对低速可压管流问题有良好的表现。 1....
