不同导叶包角旋流器产生的螺旋流流速特性研究

发布时间：2020-05-13 05:40

【摘要】：圆管旋流输送因其可使泥沙较均匀悬浮,实现较高浓度且较低速度的固粒输送,因而广泛应用于排沙清淤。旋流器是通过在管段内加设导叶改变水流运动边界,将圆管内的二维水流转变为三维螺旋流的一种装置。本文采用数值模拟与物理试验相结合的方法对不同导叶包角旋流器产生的螺旋流流速特性进行了研究,得到试验结论如下:(1)旋流器内部及出口各断面水流的轴向、周向、径向流速均关于断面圆心120°旋转对称,且周向、径向速度远小于轴向速度,径向速度在断面大部分区域都趋于0;旋流器内部及出口均为管道中间区域(以断面圆心为圆心,半径约为25mm的圆)周向流速较小,靠近管壁处周向流速较大,即螺旋流强度较大的区域始终靠近管壁,距离管壁18至10mm处周向速度最大;靠近管道轴心的大部分区域轴向流速大,流速梯度小,在靠近管壁与导叶处轴向速度急剧下降,流速梯度大;径向速度主要受导叶的影响,在进入导叶曲段后由于导叶的扭转,在靠近导叶外缘处存在朝向圆心流动的水流,且该处水流的径向速度随导叶曲度的增加而逐渐增大。(2)导叶包角为5°、10°时产生的螺旋流强度和范围都很小;导叶包角为12.5°、15°18.75°、20°时,在Z=550mm处达到第一个波峰,且约在此处开始衰减;导叶包角越大,平均周向速度越大,第一次衰减后的平均周向速度也越大。(3)根据导叶扭转曲率ρ与断面最大周向平均速度_m的拟合曲线得出_m关于ρ的三次多项式;导叶扭转曲率大于0.6°/cm后,随着导叶扭转曲率的增大断面最大周向平均速度的增长趋势变缓。(4)物理模型试验结果得出:在导叶迎水面靠近管壁处螺旋流强度强于靠近导叶处;导叶后缘上游的水流从管壁处沿X轴靠近导叶,其螺旋流强度逐渐减小最终趋于0;导叶后缘下游的水流从管壁处沿X轴靠近导叶,螺旋流强度逐渐减小后又稍有增大,且水流从顺时针旋转转变逆时针旋转。本文的研究成果是对前人旋流器研究工作的一项有益补充,为进一步完善旋流器产生的螺旋流流速特性的研究提供了重要参考。
【图文】：

故计算域即水体所充满的空间）即为计算域。为观察旋流器内部流场及对上下游水流的影响，同时减小旋流器内部水流对入口边界和出口边界的影响，保留旋流器上下游的部分管道。计算域长度为 10520mm，圆管直径与物理模型一致（100mm），，旋流器导叶前缘距离入口边界为 160mm。计算域示意图如图 2-1 所示。

122-3 数学模型示意图Fig.2-3 Diagram of the mathematical model2.1.3 几何参数选择本文研究内容主要为旋流器导叶包角对旋流器产生的螺旋流流场的影响，所选择的几何参数为包角 θ。本研究以导叶包角 θ 为单一变量，选取其余参数为管道直径 D=50mm、导叶长度 L=350mm、导叶个数 N=3、导叶厚度 b=5mm、导叶高度 h=30mm 进行试验，分析导叶曲段增长率对水流流速的影响，其中 θ 取值为
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TV134

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本文编号：2661488