局部起旋器出口斷面流場(chǎng)特性及其能耗的試驗(yàn)研究.pdf

1、圓管螺旋流為三維流動(dòng)形式，其速度場(chǎng)可分解為軸向速度、切向速度和徑向速度三個(gè)分量。其在工業(yè)上的應(yīng)用十分廣泛，如在射流技術(shù)、燃燒技術(shù)、氣力輸送及水力浮選等方面均采用了螺旋流。目前螺旋流在水利上用來(lái)進(jìn)行排沙減淤，主要有以下三種方式：渦管排沙，漏斗排沙和平軸螺旋管流排沙。渦管排沙主要用來(lái)排除渠道底部推移質(zhì)泥沙；漏斗排沙方式利用螺旋流的分離機(jī)理來(lái)排除渠道泥沙；平軸螺旋管流排沙是利用在管間加設(shè)導(dǎo)葉的方式產(chǎn)生螺旋流來(lái)輸運(yùn)泥沙。前兩種排沙方式已經(jīng)廣泛應(yīng)

2、用于工程實(shí)踐中，平軸螺旋管流排沙是近年提出的一種節(jié)能、高效的輸沙方式，目前還處于試驗(yàn)研究階段。 本文在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，主要對(duì)局部起旋器產(chǎn)生的平軸圓管螺旋流的流場(chǎng)特性進(jìn)行了探討與研究，并對(duì)個(gè)別方案的流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬。最后對(duì)起旋器的阻力特性進(jìn)行了理論分析及試驗(yàn)研究。本文的研究?jī)?nèi)容和方法及主要結(jié)論如下： 1.本文進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究，掌握了起旋器出口段圓管螺旋流的流場(chǎng)規(guī)律，即流速場(chǎng)的分布特性和壓力分布規(guī)律如下。 流速場(chǎng)

3、的軸向流速分布由平直流的對(duì)數(shù)分布逐漸向圓管螺旋流下的類對(duì)數(shù)分布過(guò)渡，沿著管軸向下游發(fā)展，表現(xiàn)更加明顯。當(dāng)流量增加時(shí)，軸向流速的最值區(qū)域向管壁處發(fā)展，軸向流速分布曲線向平坦化過(guò)渡。周向流速在測(cè)試斷面具有旋轉(zhuǎn)的對(duì)稱性，若不考慮管壁近壁區(qū)的影響，可以認(rèn)為周向流速在斷面成線性分布，而且隨著流量的增加，周向速度也在增加；由于管壁粘滯力的影響，周向流速的最大值不出現(xiàn)在管壁上，而是偏離管壁一定位置，且隨著螺旋流的衰減而沿程衰減。徑向速度有正有負(fù)，雜亂

4、無(wú)章，無(wú)規(guī)律性。壓力沿徑向分布呈單調(diào)遞增趨勢(shì)；壓強(qiáng)分布呈現(xiàn)中心低、邊壁高的特點(diǎn)。 2.對(duì)局部起旋管段內(nèi)的流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬：本文在以微分方程N(yùn)avier-Stokes方程的基礎(chǔ)上，采用布西內(nèi)斯克假設(shè)，借用普朗特混合長(zhǎng)理論確定渦粘性系數(shù)，建立了紊流模式的數(shù)學(xué)模型；利用有限差分法對(duì)柱坐標(biāo)系下的方程進(jìn)行了差分離散，建立了三維計(jì)算模型，并利用Gauss-Seidel迭代方法對(duì)其簡(jiǎn)化，最終得到起旋器出口斷面的流場(chǎng)特性。將數(shù)模結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)