繼旋式局部起旋裝置流場特性試驗研究.pdf

1、在管道輸送中，流速與水流攜帶固粒的能力是密切相關(guān)的。既要低流速，又要高濃度，這在傳統(tǒng)的直流式輸移方式中是互相矛盾的，是不可能實現(xiàn)的。因此應(yīng)考慮把輸送與懸浮這兩種作用分開。圓管螺旋流的流速可分解為軸向與切向流速，即軸向平直流與強(qiáng)制渦流的合成。螺旋流輸送原理就是用縱向流速度承擔(dān)輸移任務(wù)，而渦流承擔(dān)懸浮作用，從而使重載而緩行的輸移方式成為可能。按水流邊界改變的位置，圓管螺旋流起旋方式可分為兩類：一類為局部起旋，另一類為沿程起旋。因水流具有粘滯

2、作用以及壁面的摩擦作用，強(qiáng)制渦流在軸向輸移過程中，最終將會由圓管螺旋流衰變?yōu)槠街绷鳌Ｒ虼藶榱司S持旋流狀態(tài)，必須在管道中設(shè)置一種特殊的裝置使水流繼續(xù)起旋，它就是繼旋器。繼旋器本身是也一種管路上的局部連續(xù)起旋裝置。它可使發(fā)生能量損失的螺旋水流在其作用下繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，從而使水流的起旋效果維持、甚至增強(qiáng)，達(dá)到螺旋流的輸送物料的目的。 本文在模型試驗的基礎(chǔ)之上，通過對局部起旋方式下的水平圓管螺旋流的流場特性進(jìn)行分析，確定了繼旋器的結(jié)構(gòu)參數(shù)。通

3、過對繼旋器后的流場測試數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬結(jié)果的分析比較，得出了繼旋器對水流的作用，為繼旋器的工業(yè)應(yīng)用提供了參考。本文的主要研究內(nèi)容如下： 1.針對軸對稱螺旋流的特點進(jìn)行理論分析，在引入合理的量級和坐標(biāo)變換下，從速度和壓強(qiáng)為自變量的微分方程——Navier—Stokes方程出發(fā)，考慮水流紊動效應(yīng)的影響，對Navier-Stokes進(jìn)行必要的簡化，建立了定常條件下的繼旋式局部起旋裝置下的紊流模式的數(shù)學(xué)模型。 2.對數(shù)學(xué)模型進(jìn)行求

4、解過程中采取了計算水力學(xué)理論中對N-S方程求解比較完善的SIMPLE算法。在網(wǎng)格劃分上采用了移動式(即非固定式)的交錯網(wǎng)格差分法，使得對計算區(qū)域內(nèi)的流場的計算具有一定的方便性。采用數(shù)值計算方法中常用到的Gauss-Seidel迭代方法，避免進(jìn)行復(fù)雜的矩陣運算，簡化了整個計算過程。 3.在物理模型試驗中，對繼旋器上游、下游得流場進(jìn)行測試。通過對原流場(沒加繼旋器)與加了繼旋器的流場進(jìn)行比較，驗證了繼旋器對下游水流的繼續(xù)起旋以及對上

5、游水流的預(yù)旋作用。 4.對物理模型得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究。得到了繼旋式局部起旋裝置下的流場特點特性，并與數(shù)值模擬的結(jié)果相吻合。軸向流速分布由平直流的對數(shù)分布逐漸向圓管螺旋流下的類對數(shù)分布過渡，沿著管軸向下游發(fā)展；軸向速度的分布形式為軸向動量主要集中在靠管中心處，在管壁處具有最小值，軸向速度呈軸線處單峰型分布。周向流速分布在斷面具有對稱性，若不考慮管道邊壁區(qū)域，可以認(rèn)為周向流速在斷面成線性分布；旋流的強(qiáng)弱可以由周向速度擬合直線的斜