管道減壓實驗與表面活性劑流體流動特性數(shù)值模擬研究.pdf

1、城市供熱供冷管道及長距離輸送管道中添加表面活性劑可以降低管道內的湍流阻力，從而降低系統(tǒng)泵的能耗，增加系統(tǒng)輸送效率。目前，對于表面活性劑減阻流體的研究多集中于直管流動，對于供熱系統(tǒng)中常見的彎管流動的研究比較匱乏。本文對表面活性劑流體在供熱系統(tǒng)中流動特性進行數(shù)值模擬研究。
　　中低濃度的表面活性劑溶液具有剪切稀化的特性，因此采用Carreau-Bird模型對四種不同濃度表面活性劑溶液的剪切黏度隨剪切速率的變化規(guī)律曲線進行數(shù)值擬合，四種

2、濃度表面活性劑溶液的擬合度分別為0.9428，0.9626，0.9958，0.9945，擬合度較高，說明采用Carreau-Bird模型對表面活性劑流體進行數(shù)值模擬具有可行性。
　　供熱管網(wǎng)中運行壓力調度不當會造成管網(wǎng)運行壓力高低起伏變化，管網(wǎng)壓力過高不僅造成水資源與電能的浪費，甚至會造成管網(wǎng)的漏損。對于直連供暖系統(tǒng)中高層的高壓回水也需要進行減壓過渡為低壓流體。減壓裝置可以通過調節(jié)柵欄開度降低管道壓力。運用模型實驗減壓裝置的減壓效

3、率進行計算。實驗結果表明：管道流量不變的情況下，減壓裝置的減壓效率隨著柵欄結構開度的增加而增加，在30°開度即內外側柵欄中心對稱的情況下達到最大值。減壓裝置開度不變的情況下，其減壓效率隨著流體雷諾數(shù)的增加而降低。
　　運用FLUENT數(shù)值計算軟件對水和不同濃度表面活性劑流體經(jīng)過減壓裝置以及供熱管道中的自然補償器與方形補償器等彎管組合進行數(shù)值模擬計算。結果顯示，表面活性劑流體流經(jīng)減壓裝置時降低了管道截面突變處的湍動能強度，并且對減壓

4、裝置的減壓效果產(chǎn)生了7.47％～16.95%的抑制率，其抑制率隨著表面活性劑濃度的增加先增加后減少；表面活性劑流體經(jīng)過減壓裝置后端面后的速度恢復區(qū)長度比水要縮短10.67%～16.52%，充分說明表面活性劑流體能夠增強管道輸運能力。
　　表面活性劑流體經(jīng)過補償器彎管段時減小了橫向二次流動以及渦旋強度，降低了能量損失。數(shù)值模擬結果表明，表面活性劑溶液的局部損失減少系數(shù)隨著其濃度的增加而先增加后減少，證明表面活性劑存在最佳的減阻濃度。