强浩明[1]2006年在《局部起旋器出口断面流场特性及其能耗的试验研究》文中研究指明圆管螺旋流为叁维流动形式，其速度场可分解为轴向速度、切向速度和径向速度叁个分量。其在工业上的应用十分广泛，如在射流技术、燃烧技术、气力输送及水力浮选等方面均采用了螺旋流。目前螺旋流在水利上用来进行排沙减淤，主要有以下叁种方式：涡管排沙，漏斗排沙和平轴螺旋管流排沙。涡管排沙主要用来排除渠道底部推移质泥沙；漏斗排沙方式利用螺旋流的分离机理来排除渠道泥沙；平轴螺旋管流排沙是利用在管间加设导叶的方式产生螺旋流来输运泥沙。前两种排沙方式已经广泛应用于工程实践中，平轴螺旋管流排沙是近年提出的一种节能、高效的输沙方式，目前还处于试验研究阶段。 本文在试验的基础上，主要对局部起旋器产生的平轴圆管螺旋流的流场特性进行了探讨与研究，并对个别方案的流场进行了数值模拟。最后对起旋器的阻力特性进行了理论分析及试验研究。本文的研究内容和方法及主要结论如下： 1．本文进行了大量的试验研究，掌握了起旋器出口段圆管螺旋流的流场规律，即流速场的分布特性和压力分布规律如下。 流速场的轴向流速分布由平直流的对数分布逐渐向圆管螺旋流下的类对数分布过渡，沿着管轴向下游发展，表现更加明显。当流量增加时，轴向流速的最值区域向管壁处发展，轴向流速分布曲线向平坦化过渡。周向流速在测试断面具有旋转的对称性，若不考虑管壁近壁区的影响，可以认
韩喜俊[2]2004年在《局部起旋装置流场特性及能耗效率研究》文中研究说明螺旋流在排沙方面的的应用，目前主要有叁种方式：涡管排沙，全沙排沙漏斗排沙，平轴螺旋管流排沙。涡管排沙主要用来排除渠道底部推移质泥沙；全沙排沙漏斗排沙方式根据水流特性设计，利用螺旋流的分离机理来排除渠道泥沙(悬移质和推移质)；平轴螺旋管流利用在管间加设导叶的方式产生螺旋流来输运泥沙。前两种螺旋流排沙方式已经广泛应用于工程实践中，平轴螺旋管流排沙是新近提出的一种节能、高效的输沙方式，它处于试验研究阶段。平轴螺旋管流作为一种新型的输沙方式，克服了直流管道输送中高浓度与低能耗之间的矛盾，具有高浓度、低能耗、输送距离远和不淤积的优点。 本文在模型试验的基础上，通过对局部起旋方式下的平轴螺旋管流的流场特性进行数值模拟，而且通过对用于产生螺旋管流的圆管螺旋流起旋器的结构参数进行了分析，并对其阻力特性进行了理论分析和试验研究。本文的主要研究内容如下： 1．在局部起旋方式圆管螺旋流的起旋管段，考虑导流条边 太原理「大学硕_卜学位论文界层对水流的影响。通过对起旋管段内(尤其是一导叶部分)流速分布的探讨，分析了在弯曲导廿卜面上的边界层的变化情况，进而研究了边界层形成的阻力对螺旋流能耗的影响。因此，木’文对导叶表面边界层的变化情况进行了理论分析，并且运用数值模拟方法对边界层在导叶不同部位的发展进行了预测。 2.在局部起旋管段内部进行数值模拟，考虑水流紊动效应的影响。木文在以速度和压力为自变量{l{J微分方程Nav 1 er一StokeS方程的基础上，采用布西内斯克假一设，并借用普朗特混合长理论确定涡粘性系数，建立紊流模式的数学模型，利用有限差分法对柱坐标系下的包含雷诺应力的方程进行差分离散，建立定常条件下的叁维计算模型，采用交错网格差分系统，并利用GaL!55一Seidel迭代方法来简化计算过程，最终得到起旋管段内的流场信息。 3.对局部起旋管段内部水流的受力情况进行分析，认为起旋器内部的阻力由管壁切应力，导叶切应力和导计十阻力叁部分组成。木文通过对起旋器内部导叶在流场的受力分析，推导在圆管螺旋流中导廿1·带来的阻力损失，确定不同起旋器方案的起旋效率，进而优化起旋器参数，为发展高效率、低能耗的起旋方案提供依据。 2 太原理l:大学硕十学位论文 吐.通过物理模型试验对局部起旋方式平轴螺旋管流的产生即水力特性进行研究，得到了起旋器不同试验方案的流场分布特性，同时对数值模拟的结果进行了验证。将数值模拟与物理模型试验的结果进行对照分析，得到局部起旋方式平轴螺旋管流的水力特性:轴向流速在螺旋流出口的不同断面呈现类对数分布，且随着螺旋流的沿程衰减，分布曲线趋于平坦。当流量增加时，轴向流速的峰值上升且向壁面处偏移;周向速度具有旋转的对称性，在管中心处呈现近似线性分布，但流速的最大值不是在管壁土，而是偏离管壁一定的位置，而且随着流量的增加，周向速度也在增加;压强分布为靠近管轴处的压力小而管壁附近的压力大，而且压力在起旋管段的损失超过起旋器前后管段的压力损失。
张春晋, 孙西欢, 李永业, 张学琴[3]2018年在《螺旋流起旋器内部流场水力特性数值模拟与验证》文中提出为了有效解决低压平直管道在田间长距离调水中泥沙淤积问题,该文设计了一种螺旋流起旋装置:螺旋流起旋器。与传统的起旋装置相比,螺旋流起旋器的导叶被固定在与管道保持同心状态的料筒外壁面。该文基于RNG k-ε湍流模型,采用Fluent 12.0对不同导叶长度条件下螺旋流起旋器内部流场水力特性进行了非定常数值模拟,并将模拟值与试验值对比分析,结果表明:螺旋流起旋器内部流场模拟值与试验值基本吻合,且流速场和压力场的最大相对误差分别不超过6.4%和1.3%,进一步表明采用Fluent数值模拟求解螺旋流起旋器内部流场是可行的;随着导叶长度的增加,螺旋流起旋器下游流场的轴向流速的影响区域将逐渐减小,而径向流速、周向流速及涡量的影响区域将逐渐增大;螺旋流起旋器能耗损失与起旋效率均随着导叶长度的增加呈现出增大的变化趋势;螺旋流起旋器内部流场涡量主要分布于料筒近壁面、导叶近壁面及螺旋流起旋器的下游流场。该研究不仅为螺旋流起旋器的设计与优化提供了参考依据,同时还为进一步完善管道螺旋流长距离输固理论提供了坚实的理论基础。
张红霞[4]2004年在《局部起旋式圆管螺旋流叁维湍流的试验研究及数值模拟》文中研究说明螺旋流可分解成轴向流动与强制涡流，是涡线与流线重合的一种特殊流动。在工业上应用十分广泛，如在射流技术、燃烧技术、气力输送、旋风分离及水力浮选等方面均应用了螺旋流。在各种分离器、旋流器、搅拌器、涡管及管道系统中也常见到螺旋流。目前螺旋流技术已经进入了人们的日常生活领域，如螺旋流节能煤气灶、真空吸尘器等。另外，螺旋流在自然界也是十分常见的，如龙卷风。因此，掌握管内螺旋流的流场发展规律对研究效率更好、更具实用性的螺旋流起旋装置具有十分明显的意义。 一般来说，螺旋流是通过切向进流，安装导叶片或旋转管道叁种方式产生。本文主要通过理论分析、试验测量以及数值模拟的手段来探讨在管内局部安装导叶方式产生螺旋流的流场规律和衰减特性。太原理I一少、学硕l研究生学位论文 木文针对所侧!究轴对称螺旋流的特点进行理论分析，通过对Nav 1 er一5 tokos进行必要的简化，利用数学知识解得轴对称层流螺旋流的指数型衰减规律和湍流情况下的衰减特性。通过对管内螺旋流旋转流体的动量特性分析，从理论土得出压力沿径向分布规律。并试图用公式化形式描述管内螺旋流流场特性。 本文进行了大量的试验研究，通过使用五孔测针测量叁维流场的流速和压力分布，掌握了管内螺旋流的流场规律。 在数值计算力一面，鉴于旋流流动的湍流性，综合讨论了各利，湍流模型的特点。并以柱坐标系下叁维时均Nav 1 er一Stokes方程为基础，采用有限体积法和标准k一:模型，对Nav 1 er一Stokes方程进行差分离散，结合对管壁边界条件的离散化，建立定常条件下的计算模型。应用SIMPLE算法求解动量离散方程，结合壁而函数法求解k一:方程和其它控制方程。求解过程采川欠松弛迭代技术来避免发散。通过数值i}算所得的周向速度在整个流通断面上具有强制涡周向速度分布的特点，自山涡周向分布区域儿乎完全消失:轴向速度和压力分布与试验结果完全吻合。 本文在试验研究的基础上，开展了管内旋流湍流的数值模 2太原理}.少、学硕l:{口}究生学位论文拟。川数f社L计算的方法来模拟管流湍流，对分析管内流场!」勺速度、)j:力分布是一条方便而有效的途径，预示这些物理量的详细分布‘}古况，对于试验和工程应川都有重要意义。
孙雪岚[5]2003年在《局部起旋器的流场特性研究》文中认为螺旋流在自然界十分常见，在工业方面的应用范围极广，也已进入了人们的日常生活领域。圆管螺旋流最近已被用于输沙方面，作为一种新的输沙方式，它具有高浓度、低能耗、远距离和不淤积的优点，克服了平直流管道输送中浓度与能耗之间的矛盾。 一般来说，螺旋流的常规产生办法有叁种：切向进流、安装导流条及旋转管道。本文主要针对局部安装扭曲导流条的方式产生的圆管螺旋流做以研究。本文在前人研究的基础上，主要考虑了导流条边界层对水流的影响。边界层虽很薄，但由于其水流特性与一般的层流、紊流特性相差甚大，因而它对水流的影响是不可忽略的。另外，本文在研究中考虑了雷诺应力的影响，使用了紊流模式进行数学建模，通过数值模拟和试验测量的手段探讨了这类圆管螺旋流形成及流动的规律。太原理工大学硕士学位论文 本文以局部起旋条件下的圆管螺旋流为模拟对象，从以速度和压强为自变量的微分方程一Nav ier一5 tokes方程出发，利用有限差分法对柱坐标系下简化后的N一S方程进行离散，建立定常的、轴对称的叁维计算模型。采用了数值计算中常用的GauSS一Seidel迭代法求解，得出圆管螺旋流在不同流量工况下的速度场和压强场。 本文还通过物理模型试验的方法，得到在不同流量工况下，局部起旋条件下的圆管螺旋流在各断面的流速和压力的实测值，并将其与数学模型所得计算结果进行了对比分析，其变化规律基本一致，验证了数学模型的可靠性。 分析得出了结论:圆管螺旋流的轴向流速分布为类对数分布，且最大值已偏离轴线，且随着螺旋流的衰减，最大值与轴线处流速之间的差值逐步减小，分布曲线向平坦化过渡;周向流速近似呈线形分布，其峰值随螺旋流的衰减而向轴线靠拢;压强呈现出中心低，边壁高的原因是水流旋转运动产生的离心力造成的，且随着螺旋流的衰减，径向压差趋小，沿轴向方向向下游，壁面处的压强呈顺压，轴线处呈逆压。太原理工大学硕士学位论文 在物理模型研究的基础上应用数值模拟来进一步研究螺旋流特性是可行的，这项研究充实了圆管螺旋流输送理论，并为其在工程上的推广应用奠定基础。
吕平[6]2006年在《圆管螺旋流的流场特性试验研究》文中研究指明该试验选择了两种圆管螺旋流局部起旋器方案,并在不同流量工况下分别进行了试验。在试验的基础上,对其管段内的流速分布与压力分布进行了分析,从而揭示了起旋器管段内流场分布的特性。为实际运用螺旋流输沙技术解决泥沙淤积问题提供了理论依据。
邱月辉[7]2006年在《起旋器内部流场特性试验研究》文中研究指明管道螺旋流输送是近年来提出的一种泥沙输送的新方法，它具有输送浓度高、节能等优点，具有广阔的应用前景。因此其基础理论的研究是十分必要的，为此，本文对旋流输送的主要装置起旋器产生的内部流场特性进行研究，为装置设计应用提供理论基础。 管道旋流的产生主要有叁种方式：切向进流、安装导流片和旋转管道。本文主要研究的是，在圆管内布设一定数量的具有一定扭转角的导流片的方式产生旋流。 本文通过模型试验，得到了叁种不同工况下起旋器内部的流速实测值，从而对起旋器内部的流场特性进行了分析。主要研究内容如下： 1)根据螺旋流是一种叁维的流动现象，选择柱坐标系，从不可压缩流体的运动方程出发，推导出涡量动力学方程并且无量纲化，找出影响流场特性的要素，再以理论分析起旋器内部流场特性，为起旋器的改进提供依据。 2)绘出径向、轴向、周向速度和涡量平面和柱面等值线图，并对其进行分析，得出起旋器内部流场特性的规律。用绘制涡量等值线图的方法来研究旋流流场特性是一种新的、有效的方法，是一种创新且具有一
李永业, 孙西欢, 阎庆绂[8]2011年在《局部起旋器内部旋流特性试验研究》文中研究指明螺旋流管道输固在一定程度上可以解决传统管道输送方式存在的高浓度与低能耗的矛盾。起旋器是螺旋流产生的重要装置,采用模型试验与理论分析相结合的研究方法,对其内部的旋流特性进行了研究。结果表明:导流片对流速和涡量变化都有重要影响。导流片附近速度梯度较大;在同一断面,雷诺数相同时,各方向的流速等值线图十分相似,且各方向的流速等值线密集区域都出现在导流片附近;同时随着导叶片的逐渐扭曲,旋涡向圆管中心靠近。其结论对圆管螺旋流输固具有重要的参考价值。
孙西欢[9]2000年在《水平轴圆管螺旋流水力特性及固粒悬浮机理试验研究》文中研究表明圆管螺旋流输沙是新近提出的一种输沙方式。本文就圆管螺旋流的产生方式，水力特性及固粒在水平轴旋转流场中的悬浮机理进行了理论分析和大量的试验研究，其主要的研究内容和结论如下： 1．圆管螺旋流起旋方式试验研究。本文对局部起旋方式进行了研究，研究表明：起旋器的结构参数对圆管螺旋流的产生有着重要影响，其结构参数包括起旋器直径、长度、导叶数、导叶高度和导叶包角；起旋器出口断面的轴向流速分布呈类对数型，其比平直流流速分布更均匀；起旋器出口断面的周向流速几乎呈直线分布，起旋器出口断面的周向旋转角速度随着通过流量的增大而增大，且与起旋器结构参数有关，起旋器出口断面压强分布为旋转抛物面，其与该断面水流旋转角速度的平方成正比，管中心压强最小而管壁处压强最大。 2．起旋器的阻力特性及起旋效率研究。研究表明：水流经过起旋器时，其压能损失由两部分构成，一部分为阻力损失，另一部分则转化为出口断面的旋转动能；本文所导出的起旋器的阻力损失表达形式与平直流的达西公式相同，但其阻力系数λq与平直流的阻力系数λ不同，λq包含了λ及起旋器结构参数等因子，且当起旋器内无导叶时λq＝λ；要提高起旋效率，则必须减小阻力损失，增大水流旋转角速度。 3．水平轴圆管螺旋流水力特性试验研究。研究表明：水平轴圆管螺旋流断面轴向流速分布亦呈类对数分布，但其流速分布的均匀化程度介于起旋器出口断面轴向流速分布和平直流流速分布之间，若某断面距起旋器出口愈远，其均匀化程度愈接近平直流；水平轴圆管螺旋流断面周向流速分布沿径向几乎呈线性分布，其断面旋转角速度沿程呈负指数衰减；水平轴圆管螺旋流两断面间的水头损失等于两断面管壁处测压管水头之差，其也等于轴向运动水头损失和周向运动水头损失之和，文中还讨论了水平轴圆管螺旋流的能坡及螺旋流的长度。 4．水平轴圆管螺旋流中固粒的悬浮机理研究。研究表明：固粒由推移状态进入悬浮状态的标准是固粒在周向水流的作用下推移上升而位于管道断面的水平轴上；通过力学分析得到了旋转水流条件与固粒推移上升高度的关系及固粒进入悬浮状态的水流条件等表达式；讨论了水平轴圆管螺旋流中固粒的悬浮机理及周向水流运动对于固粒悬浮的特殊作用。 5．水平轴有界旋转流场中固粒运动轨迹的试验研究。研究表明：当水流旋转角速度较小时，固粒处于非悬浮状态，其运动特征是固粒处于圆管断面水平轴下方管壁附近的一个相对平衡区内运动，相对平衡区距管底的平均高度与固粒粒径及水流旋转角速度有关；固粒的起动流速及临界旋浮流速与固粒的粒径和重率系数有关，还分别与综合运动参数C_2 C_1有关，固粒在水平轴有界旋转流场中悬浮运动的轨迹为一缺圆形，其圆心位置和半径受固粒粒径、沉速、流场边界半径和水流旋转角速度等因素的影响。
张丽丽, 张羽[10]2011年在《管道螺旋流断面流场及沿程流动特性》文中认为平轴螺旋管流作为一种新型的输沙方式,其流场特性能够使管道输送具有高浓度、低能耗、输送距离远和不淤积的优点。在试验的基础上,主要对局部起旋器产生的平轴圆管螺旋流的流场特性进行了探讨与研究,得出了起旋器出口后圆管螺旋流的流场规律:流速场切向流速在测试断面具有旋转的对称性,若不考虑管壁近壁区的影响,可认为切向流速在断面呈线性分布,而且随着流量的增加,切向流速也在增加;随着流程的增加,切向流速逐渐衰减。
参考文献：
[1]. 局部起旋器出口断面流场特性及其能耗的试验研究[D]. 强浩明. 太原理工大学. 2006
[2]. 局部起旋装置流场特性及能耗效率研究[D]. 韩喜俊. 太原理工大学. 2004
[3]. 螺旋流起旋器内部流场水力特性数值模拟与验证[J]. 张春晋, 孙西欢, 李永业, 张学琴. 农业工程学报. 2018
[4]. 局部起旋式圆管螺旋流叁维湍流的试验研究及数值模拟[D]. 张红霞. 太原理工大学. 2004
[5]. 局部起旋器的流场特性研究[D]. 孙雪岚. 太原理工大学. 2003
[6]. 圆管螺旋流的流场特性试验研究[J]. 吕平. 山西水利科技. 2006
[7]. 起旋器内部流场特性试验研究[D]. 邱月辉. 太原理工大学. 2006
[8]. 局部起旋器内部旋流特性试验研究[J]. 李永业, 孙西欢, 阎庆绂. 水力发电学报. 2011
[9]. 水平轴圆管螺旋流水力特性及固粒悬浮机理试验研究[D]. 孙西欢. 西安理工大学. 2000
[10]. 管道螺旋流断面流场及沿程流动特性[J]. 张丽丽, 张羽. 中国农村水利水电. 2011