基于梯形轉(zhuǎn)葉螺旋流消能裝置消能過程的數(shù)值模擬研究.pdf

1、在長距離高水頭有壓輸水過程中，能量過剩會帶來一系列工程建設(shè)問題。因此如何能經(jīng)濟(jì)、有效地消能成為一個亟待解決的問題。隨著水利科研工作者對有壓輸水過剩水頭消能方式的深入研究，在管道內(nèi)安裝螺旋消能裝置已成為一種被廣泛采納的消能方式，并且被實際應(yīng)用到工業(yè)，農(nóng)業(yè)以及生活用水方面。但由于液體的螺旋流流動屬于非典型的線性瞬態(tài)流動，流動過程中的螺旋流結(jié)構(gòu)特性非常復(fù)雜，在條件具備的情況下還會產(chǎn)生渦流。螺旋流消能的本質(zhì)就是將機械能盡可能多的轉(zhuǎn)換為熱能而消散

2、，最終達(dá)到減少過剩能量的目的。在一般的試驗裝置研究過程中，測量儀器精度的不足、實驗方法的限制、試驗器材的相關(guān)物理參數(shù)的不確定都會導(dǎo)致試驗結(jié)果的差異性，甚至出現(xiàn)相互矛盾的結(jié)果。為了使螺旋流消能的相關(guān)理論更具有普遍性和實用性。本文將在梯形轉(zhuǎn)葉螺旋流消能裝置的試驗研究基礎(chǔ)上對其進(jìn)行數(shù)值計算模擬的，通過數(shù)值模擬有助于了解消能裝置具體的消能過程的研究。
　　梯形轉(zhuǎn)葉螺旋流消能裝置的物理模型是在FLUENT軟件前處理器GAMBIT中三維笛卡爾

3、坐標(biāo)系下建立的。在求解計算時應(yīng)選取SIMPLE流場數(shù)值計算法、應(yīng)用有限體積法來實現(xiàn)控制方程離散化，紊流計算模型選取k-ε模型，邊界條件選擇有壓進(jìn)口、有壓出口，近壁面采用壁面函數(shù)法來處理，為了驗證對梯形轉(zhuǎn)葉螺旋流消能裝置的數(shù)值模擬計算是可行的，所以在模擬模型設(shè)置的測壓點的位置與實驗研究裝置設(shè)置一樣，即分別設(shè)置7個測壓點。通過FLUENT軟件的模擬計算后，可得到:所設(shè)測壓點壓力數(shù)據(jù);不同分段的流線圖、速度矢量圖以及溫度變化示意圖;不同過水?dāng)?/p>

4、面的壓力、湍流強度和軸向、徑向以及切向速度分布數(shù)據(jù)等等，之后再使用TecPlot、Excel等軟件對數(shù)值模擬計算所得各項參數(shù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行更進(jìn)一步的處理。
　　通過對梯形轉(zhuǎn)葉螺旋流消能裝置的數(shù)值模擬計算結(jié)果的分析與深入研究，其研究結(jié)果表明:(1)梯形轉(zhuǎn)葉螺旋流消能裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計是科學(xué)合理的;(2)裝置消能的主力區(qū)在梯形轉(zhuǎn)葉孔板組合后;(3)數(shù)值模擬顯示的的消能機理與試驗研究是吻合的;(4)裝置內(nèi)產(chǎn)生的螺旋流是具有衰減性的三維螺旋型旋轉(zhuǎn)