流体中加入少量高分子聚合物或者表面活性剂等添加剂可以实现流体输运过程的减阻,提高输运效率,该现象称为添加剂减阻。自1948年Toms首次公开发表添加剂减阻效应后,由于其巨大的节能价值,添加剂减阻现象受到了国内外学者的广泛研究,并且有了长足的发展,在长距离石油管道输运和集中供热、供冷循环应用上都有着非常大的潜力。由于添加剂减阻流体具有粘弹性,所以又称为粘弹性流体。目前国际上对于粘弹性流体减阻的研究有理论研究、实验研究和数值模拟研究。但是由于粘弹性流体减阻机理的复杂性,对其粘弹性特征和减阻机理的解释还很模糊,在适用于工程应用的数值模拟方法研究方面也有缺乏。因此,本文基于粘弹性FENE-P模型,编制UDF,应用CFD领域广泛应用的FLUENT流体计算软件进行数值模拟研究。本文主要研究内容是通过对比相同工况条件下的数值模拟实验与物理模型实验的实验结果进行对比,验证数值模拟的可行性与准确性,然后对不同参数条件下的多种工况进行模拟,分析粘弹性FENE-P模型参数变化对减阻效果的影响,并对粘弹性流体的减阻机理进一步研究。本文首先介绍了粘弹性流体的相关理论,主要参数和本构方程形式和数值计算方法。对粘弹性FENE-P模型的控制方程的张量形式和在笛卡尔坐标系下的形式进行了推算,并且对FLUENT的UDF理论进行了详细介绍,并对FENE-P模型在UDF中的编写做了简要说明。其次,本文利用FLUENT软件对平板槽道湍流进行数值模拟试验,并与相同工况下的采用相位多普勒测试技术的物理模型试验结果进行对比分析,通过对减阻效果,平均轴向流速的分析和与已有研究成果的验证,表明基于粘弹性FENE-P模型对FLUENT软件的二次开发进行粘弹性流体试验具有科学性、准确性和可行性。对牛顿流体水和粘弹性流体120ppm CTAC表面活性剂溶液数值模拟结果后处理速度云图和速度矢量场的分析表明,粘弹性流体的紊流减弱,相对于水的流动,在近壁面处速度猝发现象减少,湍流一定程度被抑制,横向的速度脉动衰减,流向速度脉动减少较慢,并且涡旋结构在流向上发生拉伸,显示有从左到右的流动的流体,促进了能量在轴向上的传递,实现了减阻。最后,对粘弹性FENE-P模型不同参数变化共11种工况进行数值模拟计算,分别对4种魏森贝格数,4种溶剂粘度比和4种分子拉伸长度的工况的数值模拟结果进行后处理,然后对不同组的减阻效果、平均轴向速度分布曲线、湍动能进行对比分析。结果表明,不同工况的粘弹性流体的减阻效果均小于Virk提出的最大减阻渐近线,牛顿流体湍流的平均轴向速度曲线符合牛顿流体层流曲线,进一步验证了模拟结果可靠性较高。对于粘弹性FENE-P模型参数变化对减阻效果的影响研究表明,随着魏森贝格数(We)增大,粘弹性流体的弹性增大,粘弹性流体的湍流抑制作用增强,减阻效果提高;随着溶剂粘度比(β)增大,对粘弹性流体湍流抑制作用减弱,减阻效果减小;使分子拉伸长度(L)增大,粘弹性流体湍流流场的拟序结构增强,减阻效果提高。