FastCAE—Flow流体软件在管道（内流场）场景中的应用（附源码下载网址）

FastCAE2022

于 2025-07-23 09:34:03 发布

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分类专栏：案例分享文章标签：流体仿真管道

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/FastCAE/article/details/149560259

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1 案例背景

管道内部流场的复杂性常常给设计和维护带来诸多挑战，如流速分布不均、涡旋形成以及潜在的流体分离现象。这些复杂性不仅影响管道系统的运行效率，还可能导致能耗增加、材料磨损加剧以及系统稳定性下降。因此，准确理解和预测管道内部流场的行为对于优化设计和有效维护至关重要。

FastCAE-Flow流体软件能够实现从前处理、求解到后处理操作的全流程覆盖，凭借先进的数值模拟技术，可精确模拟管道内部流体的流动状态，包括速度、压力等关键参数的分布。

本文基于FastCAE-Flow流体软件进行多头管道全流程仿真，模拟了多头管道内部流体流动状态，分析了管道内流速变化及压力分布。这些仿真结果不仅加深了我们对多头管道内部流场行为的理解，也为后续的管道系统优化提供了宝贵的数据支持。

2 案例功能及描述

案例流动模型：RANS方法k-omega SST湍流模型

案例边界条件：管道设置三入口一出口，速度入口均为5m/s，压力出口设置为1 $m^{2}$ / $s^{2}$ ，分析管道内流体汇聚的流动特性。边界条件如下所示。

边界设置

3 FastCAE—Flow流体软件管道案例分析

（1）几何快速建模

FastCAE—Flow流体软件支持几何快速建模，包括圆柱体、球、立方体，同时具备布尔操作交、并、补功能。通过这些功能，用户可以快速构建出精确的管道模型，为后续的仿真分析打下坚实的基础。建立主管道长1.5，半径0.075；两个分管道长0.4，半径0.05，间隔0.4，几何建模如下所示。

几何模型

（2）边界面设置

在FastCAE—Flow流体软件中，边界面设置是确保仿真分析准确性的关键步骤之一。软件提供了灵活且直观的边界面设置工具，允许用户根据实际需求自定义管道模型的边界面属性。设置三个速度入口面，一个压力出口面，壁面由软件自动生成，边界面设置如下所示。

边界面设置

（3）网格划分

对几何模型表面进行精细化的网格划分，在Geometry节点下，选择Bool-2勾选Mesh选项，打开网格划分功能。设定Mesh→Refinement的最大值1，最小值0，控制表面网格精度。在Base节点下，选择盒子区域为立方体，盒子区域大小设置自适应几何模型，并基于此区域进行网格精度设置。网格划分完成后，在Boundary节点下会显示边界面信息。网格划分如下所示。

网格划分

（4）边界条件

完成网格划分后，选择SIMPLE求解器进行计算。在Setup节点下，选择SIMPLE求解器进行求解设置。将边界创建到Boundary Conditions节点下。对于速度入口面，设定入口速度大小均为5m/s；对于压力出口面，设定出口压力值为1 $m^{2}$ / $s^{2}$ ；壁面边界条件设置为无滑移边界，即流体与壁面相对静止。边界条件设置如下所示。在设置完成后，用户可进入下一步的求解计算阶段。

边界条件

（5）求解计算

SIMPLE求解器核心算法为半隐式压力-速度耦合（SIMPLE/PISO）,对时间步长的稳定性限制较显式算法宽松。为提高计算效率，在Run节点下设置迭代次数150，存储步长为10。点击Run运行程序求解计算，求解计算如下所示：

求解计算

（6）后处理

计算完成后，点击Post→export节点输出VTK结果文件，点击post进入后处理界面，进行后处理。后处理如下所示。

后处理

（7）结果分析

通过观察后处理界面，清晰地看到管道内流体的流动特点：在管道拐弯处，压力及流速快，流体在此处受到强烈的离心力作用，导致流速增大，同时产生局部低压区域。在管道拐弯后的直管段，流速逐渐趋于平稳，压力也逐渐恢复，这体现了流体在管道中流动时的自适应性和稳定性。通过对这些流动特点的分析，我们可以更好地理解流体在管道中的行为，为管道设计和优化提供科学依据。