基于CFD的新型三通管结构优化与水力特性分析

发布时间：2021-09-19 22:30

　　三通管在各个行业应用广泛,针对现有三通管局部水头损失系数ζ大,内部流动特性差等问题,研发出一种新型的三通管流道结构,揭示新型三通管的阻力与流动特性和相关结构参数的关系,得到合理新型三通管内部流道设计方案。基于SolidWorks2016、CFD软件对DN32的普通120°等径三通管进行数值计算,验证模拟的可靠性,并且对新型三通管内部流道结构参数进行优化。结果表明:①进口处与两个出口处的ζ₀₁,ζ₀₂均随着肥胖系数λ、最大宽度B都是先减小后增大,两者均随λ呈现二次函数的趋势变化,ζ₀₁、ζ₀₂最小时所对应的λ=4.27,B=42.22 mm左右。②分流损失系数比β随B与λ均呈现两端平缓,中间变异的趋势变化。③新型三通管关于对称面速度分布并不是对称的,低速区会偏向于三通管重心左下方,随着雷诺数增大低速区域越来越小,肥胖系数λ在(4.15,4.91]范围之内流线分布较为光顺均匀。 

【文章来源】：中国农村水利水电. 2020,(08)北大核心

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

6种三通内部流道剖面图

表1 三通管相关结构参数表Tab.1 Three-way pipe related structure parameter table 模型方案 结构参数/mm 肥胖系数λ H H1 B L 方案一 125 181.19 57.39 227.72 3.16 方案二 125 188.34 49.22 227.72 3.83 方案三 125 184.86 44.57 227.72 4.15 方案四 125 181.15 41.30 227.72 4.39 方案五 125 188.33 38.35 227.72 4.91 方案六 125 141.17 26.00 227.72 5.431.2.2 三通管数学模型

所计算流速在0.5～16 m/s,所对应的雷诺数在6 500～208 000之间,最小的雷诺数为6 500,水流处于紊流状态。为了验证模拟的可行性对普通三通模型进行计算研究得到雷诺数与局部水头损失的变化规律如图3所示。根据图4可得ζ0-1,ζ0-2并不是完全相等的,随着雷诺数增大,局部阻力损失系数呈现减小的变化趋势,并且变化趋势越来越缓。主要原因为雷诺数较小时,流体黏滞力起主导作用,随着雷诺数的增大,即流速增大,流体的惯性力逐渐起主要作用,呈现局部阻力系数随雷诺数的增大而减小的趋势,当雷诺数达到一定值后,局部阻力系数大小趋于稳定。说明管道内水流形态进入阻力平方区,阻力平方区水流的流动状态和流速分布不随雷诺数的增大而变化[4]。其次,通过回归分析可知,相关系数R2分别为0.785、0.798,可以认为所得到的回归方程可信。即局部阻力损失系数随雷诺数呈现对数函数变化的趋势,这与文献[5,15]得到的结论一样。当Re>105时,雷诺数增大对局部水头损失的变化影响不显著这与文献[6]得到的结论一致,说明数值计算具有可靠性。图4 ζ随Re的变化

【参考文献】：
期刊论文
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[3]ATP文丘里施肥器喉管结构优化与流场计算[J]. 王秋良,王振华,吴文勇,廖人宽.  排灌机械工程学报. 2018(09)
[4]大管径T型三通数值模拟及局部阻力特性分析[J]. 巩启涛,杨俊红,韩奎,黄涛,李静,左鹏鹏.  动力工程学报. 2016(09)
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[10]分岔管道三维湍流水力特性数值模拟[J]. 戎贵文,魏文礼,刘玉玲.  水利学报. 2010(04)

博士论文
[1]三岔管水流数值模拟及水流特性研究[D]. 杨校礼.中国水利水电科学研究院 2004



本文编号：3402454