齒墩長度對齒墩狀內(nèi)消能工水力特性影響的數(shù)值模擬.pdf

1、齒墩狀內(nèi)消能工是新提出的一種內(nèi)消能工形式，相對于傳統(tǒng)的內(nèi)消能工，其既保證了較大的過流能力，又保證了一定的消能率，是一種很有潛力的內(nèi)消能工，對其研究意義重大。前期已對此內(nèi)消能工形式的水力特性進行了物理模型試驗，分析了齒墩數(shù)目以及面積收縮比對其消能特性、壓強特性及流速特性的影響，本文在此基礎(chǔ)上，采用目前廣泛應(yīng)用的紊流數(shù)值模擬計算軟件包—Fluent軟件對其進行數(shù)值模擬研究，分析了不同齒墩長度對齒墩狀內(nèi)消能工的水頭損失系數(shù)、消能率、壁面時均壓

2、強系數(shù)沿程分布規(guī)律、斷面壓力云圖分布以及流速矢量分布的影響，通過分析得出的主要結(jié)論如下:
　　1.不同流量下，不同齒墩長度的齒墩狀內(nèi)消能工的水頭損失系數(shù)相差不大，變化規(guī)律大致相同，可見流量對水頭損失系數(shù)的影響不大。
　　2.在相同流量下，水頭損失系數(shù)大約在1.37～1.63之間變化，說明齒墩段相對長度η（η為齒墩長度L與圓管直徑D的比值）對水頭損失系數(shù)的影響不大。當η=0.5時，水頭損失系數(shù)最小，其消能率最低;而當η=0.1

3、時，水頭損失系數(shù)最大，其消能率最高。
　　3.在所研究的流量及η范圍內(nèi)，當η一定時，隨著管道內(nèi)流量的增大，齒墩狀內(nèi)消能工的消能率也增大。
　　4.同一流量下，隨著η的增大，消能率先是降低，再上升，隨后逐漸趨于穩(wěn)定。流量越大，消能率的降低幅度越大，降低幅度在14％到25％之間。當η為0.5時，消能率達到了最小值。
　　5.不同齒墩長度的齒墩狀內(nèi)消能工的壁面時均壓強系數(shù)沿程的變化規(guī)律大體一致，都是在齒墩段前相對穩(wěn)定，在齒墩

4、進口處驟然下降，在齒墩段內(nèi)保持緩慢下降趨勢，最小值出現(xiàn)在齒墩出口的位置處，然后在齒墩段后逐漸上升，直到恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。
　　6.不同齒墩長度的齒墩狀內(nèi)消能工的縱剖面壓力云圖分布情況大體一致，壓強在水流將要進入齒墩段時出現(xiàn)紊亂，在齒墩正前方靠近邊壁直角區(qū)域存在高壓區(qū)，而在齒墩進口處水流壓強減小，壓強最小點出現(xiàn)在距齒墩段進口約0.1D處，在突縮段兩側(cè)均出現(xiàn)低壓區(qū)，且沿上下邊壁對稱分布，齒墩段內(nèi)壓強分布均勻，在齒墩正后方靠近邊壁直角區(qū)域

5、存在低壓區(qū)，且整個計算區(qū)域未出現(xiàn)負壓，空化特性良好，隨著Z/D（Z為沿管軸線方向）的繼續(xù)增加，壓力又漸漸恢復(fù)了均勻。
　　7.在齒墩段前的突縮區(qū)域，流線出現(xiàn)強烈的彎曲變形，流線受到迅速擠壓，流速顯著增大。進入齒墩段后，流線變密，數(shù)值增大，隨后進入突擴段，流速在齒墩正后方靠近邊壁的直角區(qū)域與管道中心部分的主流束之間形成分離區(qū)和回流區(qū)，隨著Z/D的繼續(xù)增加，斷面流速又漸漸恢復(fù)了均勻。
　　8.齒墩長度的變化對低壓回流區(qū)影響不大，