不同导叶包角旋流器对下游断面螺旋流流速特性的影响研究

论文摘要

水利工程中的排沙减淤工作是水库保持良好运行状态的重要措施,为提高与之相关的输沙管道的输沙效率,提出了圆管螺旋流排沙这一措施,其主要通过在管道内加设导叶的方法产生螺旋流来输送泥沙,该措施具有高效、节能等特点。本文利用物理模型试验与数值模拟相结合的方法对旋流器下游断面螺旋流的流速特性进行研究。主要的研究内容有:旋流器下游断面三维流速的断面分布规律;旋流器下游断面的周向和径向流速沿程流速变化规律;通过旋流器下游各断面最大周向速度的沿程变化趋势分析下游螺旋流的衰减规律;旋流器导叶包角对下游断面三维流速的断面分布和沿程变化的影响;流量对旋流器下游螺旋流流速特性的影响。主要结论如下:(1)旋流器下游整个断面的轴向速度、周向速度和径向速度分布关于断面圆心呈120°旋转对称分布。在靠近导叶后缘的断面,导叶附近轴向速度为断面同心圆环上极小值,且在靠近管壁附近轴向速度沿极轴上的分布相比于圆管平直流更平缓;靠近导叶后缘的断面中心附近周向速度的方向为逆时针方向,管壁附近周向速度为顺时针方向,每个方向的周向速度沿极轴从管道内侧到管壁均呈先增大后减小的变化趋势,顺时针周向速度大于逆时针周向速度;断面径向速度分布呈背离断面圆心的速度和向心速度按照同等大小的扇形区域交错分布,共分为六块区域,沿极轴从管道中心到管壁先增大后减小;径向速度小于周向速度,在管道中心和管壁处,周向速度和径向速度都趋于零。(2)随着螺旋流向下游发展并逐渐衰减,断面三维流速分布区域会以顺时针的方向旋转,断面轴向速度会逐渐趋于同心环状分布,沿极轴的轴向速度分布会趋于对数分布;断面顺时针周向速度逐渐扩散至全断面,周向速度整体会逐渐减小;断面径向速度整体也逐渐较小。(3)导叶包角越大的旋流器下游管壁附近轴向速度沿极轴分布更平缓,在离导叶后缘较远的断面,这种差异不明显;周向和径向速度更大。(4)旋流器下游断面管壁附近特征点的沿程周向速度和径向速度以波动形式逐渐减小,在离导叶后缘2m前波动明显。(5)从断面最大周向速度沿程变化分析可知:旋流器下游螺旋流在距离导叶后缘2m之前衰减较快,之后衰减较缓,在距离导叶后缘5m附近的断面位置最大周向速度趋于零,螺旋流消失。(6)大导叶包角旋流器在下游产生更强的螺旋流,对下游水流的影响距离更远,在距离导叶后缘较近的管段强螺旋流衰减得更快。(7)增大流量,旋流器下游产生更强的螺旋流,但影响距离增加不明显。本文的研究成果对丰富圆管螺旋流理论具有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 概论
•   1.1 背景
•   1.2 管道水力输送研究概况及应用进展
•   1.3 螺旋流研究概况及应用进展
•   1.4 流动测速技术的发展概况
•   1.5 本文的研究内容与技术路线
•     1.5.1 研究内容
•     1.5.2 技术路线图
• 第二章 旋流器模型试验设计
•   2.1 旋流方式与装置设计
•     2.1.1 旋流方式
•     2.1.2 旋流装置
•   2.2 试验系统
•     2.2.1 动力装置
•     2.2.2 调节与控制装置
•     2.2.3 循环输送系统
•   2.3 试验测试装置
•   2.4 试验方案
•   2.5 测试断面和测点选取
• 第三章 旋流器下游断面螺旋流流速特性试验研究
•   3.1 不同导叶包角旋流器下游断面的螺旋流轴向流速特性分析
•   3.2 不同导叶包角旋流器下游断面的螺旋流周向流速特性分析
•   3.3 不同导叶包角旋流器下游断面的螺旋流径向流速特性分析
•   3.4 不同导叶包角旋流器下游断面沿程流速特性分析
•     3.4.1 周向流速沿程分布规律
•     3.4.2 径向流速沿程分布规律
•   3.5 不同流量下旋流器下游断面的沿程流速变化规律
•     3.5.1 周向流速沿程变化规律
•     3.5.2 径向流速沿程变化规律
•   3.6 本章小结
• 第四章 旋流器下游断面螺旋流流速特性数值模拟
•   4.1 模型建立
•   4.2 网格划分
•     4.2.1 ICEM CFD几何修复
•     4.2.2 建立Part
•     4.2.3 网格划分
•   4.3 Fluent计算
•   4.4 旋流器下游断面螺旋流流速特性数值模拟试验验证
•   4.5 旋流器下游断面特征点的周向速度随导叶包角的变化趋势分析
•   4.6 旋流器下游各断面最大周向速度的沿程变化趋势分析
•   4.7 不同流量对旋流器下游断面最大周向流速的影响
•   4.8 本章小结
• 第五章 结论与建议
•   5.1 结论
•   5.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间的主要研究工作

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李锦涛

导师: 孙西欢

关键词: 旋流器,导叶包角,下游断面,流速分布

来源: 太原理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地球物理学,水利水电工程

单位: 太原理工大学

分类号: TV145

总页数: 80

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