数值模拟软件的诞生是科研领域的一个突破性的发展,软件成了理论和实验的直接桥梁,理论指导实验,实验完善理论,一些复杂的问题可以借助数值模拟软件来实现。筒装料管道水力输送作为一种新型的管道水力输送方式,其核心结构是复合圆柱体。本文结合国家自然科学基金“管道缝隙螺旋流水力特性研究(51109115)”和“管道列车水力输送能耗研究(51179116)”,以平直管段中复合圆柱体同心静止于管道中时的流场为研究对象,采用数值模拟方法对高雷诺数下复合圆柱体绕流流场进行研究,并通过试验对其进行验证。得到的主要成果如下：1、单复合圆柱体绕流情况(1)对复合柱体静止状态的受力情况进行了分析,得出复合柱体在静止状态下主要受到压差力和剪切力的作用,随着直径比的增大,压差力越大,复合柱体越容易起动。(2)将模拟管段划分为上游段、缝隙段和下游段,上游段又分为不受影响区和受影响区,不受影响区的断面流速符合普朗特指数分布,影响区的上游1-1断面和2-2断面从管道中心到管壁流速都是先增大然后骤降,相比于1-1断面,2-2断面的速度变化曲线斜率变大,速度增大地越快,上游3-3断面流速分布非常不均匀,流速梯度大。(3)缝隙段断面的轴向速度沿任一支脚的中心轴线均呈对称分布,从圆柱体外壁到管壁轴向速度先增大后减小,最大值出现在距离管壁约4mm处。随着直径比的增大,环状缝隙内的轴向速度增大,流速梯度越大,分布越不均匀,变化趋势越接近线形,最大值出现的位置向圆柱体外壁移动。(4)缝隙段前断面的径向速度基本呈现环状分布,从圆柱体外壁到管壁径向速度先增大后减小,最大值出现在靠近圆柱体外壁的缝隙内,并且随着直径比的增大,最大值出现的位置远离圆柱体外壁,中断面的径向速度分布比较均匀,且为负值,后断面上除支脚区域外分布较为均匀,且为正值。(5)与轴向速度相比,周向速度要小2-3个数量级,所以环状缝隙流的周向运动可以忽略不计(6)通过对轴向速度和径向速度的模拟值与实测值进行比较,得出运用FLUENT模拟高雷诺数下环状缝隙内水流的运动特性是可行的。(7)通过计算得出复合柱体前、后断面的局部阻力系数与直径比成指数关系,而且存在一个直径比临界值kε,当k<kS,前断面局部水头损失大,当k>kε,后断面局部水头损失大,kε约等于0.75。(8)下游段出现尾涡,把下游段分为三部分,下游1-1断面的流速梯度较大,从管道中心到管壁流速先减小后增大再骤降,下游2-2断面管道中心区域与缝隙区域之间的流速很小,从管道中心到管壁也是先减小后增大再骤降,下游3-3断面的流速分布较为均匀,分布规律逐渐趋于管道水流分布。2、双复合柱体绕流情况(1)对双复合柱体静止状态的受力情况进行分析,得出双柱体的临界间距Se在40cm-50cm之间。(2)同一间距时,存在一个临界面—圆柱体外壁面,临界面以内区域,两柱体之间的水流速度较小,管道水流较大,临界面以外,两柱体之间的水流速度变大,而管道水流较小。(3)间距越大,两柱体间水流中断面的速度分布越均匀,越接近环状分布,管道中心质点的流速随着间距的增大呈现先减小后增大的趋势。