不同导叶包角旋流器产生的螺旋流流速特性研究

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 符号说明
• 第一章 绪论
•   1.1 课题研究背景
•   1.2 国内外研究进展
•     1.2.1 螺旋流研究进展
•     1.2.2 旋流器研究进展
•     1.2.3 圆管螺旋流数值模拟研究进展
•   1.3 研究内容与技术路线
•     1.3.1 研究内容
•     1.3.2 技术路线
• 第二章 数值模拟试验设计
•   2.1 CAD建立模型
•     2.1.1 计算域
•     2.1.2 旋流器模型建立
•     2.1.3 几何参数选择
•     2.1.4 测试断面及测点布置
•   2.2 ICEM几何修复
•   2.3 ICEM CFD网格划分
•     2.3.1 建立Part
•     2.3.2 网格划分
•     2.3.3 网格拼装及局部网格优化
•   2.4 Fluent计算
• 第三章 不同导叶包角旋流器产生的螺旋流流速特性分析
•   3.1 旋流器产生的螺旋流沿程流速特性分析
•   3.2 不同导叶包角旋流器产生的螺旋流流速特性分析
•     3.2.1 旋流器内部流速特性
•     3.2.2 旋流器出口流速特性
• 第四章 不同导叶包角旋流器产生的螺旋流流速特性试验验证
•   4.1 试验装置
•     4.1.1 试验系统布置
•     4.1.2 试验测量设备
•   4.2 试验测量方案
•     4.2.1 旋流器几何参数和测量区域
•     4.2.2 测量方法
•   4.3 预备试验
•     4.3.1 PIV参数选取
•     4.3.2 选定测量方法
•   4.4 不同导叶包角旋流器产生的螺旋流流场特性分析
•     4.4.1 不同XZ断面流速分布
•     4.4.2 不同导叶包角旋流器内部轴向速度分布规律
•   4.5 不同导叶包角旋流器产生的螺旋流流速数据验证
• 第五章 结论和建议
•   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
• 附件

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 常晓巍

导师: 李永业

关键词: 导叶包角,旋流器,螺旋流,流速特性

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: TV134

总页数: 89

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