彎頭耦合三通降阻PIV實(shí)驗(yàn)及CFD研究.pdf

1、彎頭與三通近距耦合是暖通空調(diào)及其它管網(wǎng)系統(tǒng)中常見(jiàn)的現(xiàn)象，局部構(gòu)件互相耦合使得管網(wǎng)系統(tǒng)流動(dòng)復(fù)雜，阻力計(jì)算難度加大，管網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性差，這直接影響到管道動(dòng)力設(shè)備的選型、能源消耗、運(yùn)行費(fèi)用、管網(wǎng)系統(tǒng)安全運(yùn)行，因此，管道減阻設(shè)計(jì)具有重要的工程意義。
　　 本文利用PIV試驗(yàn)及CFD模擬手段對(duì)添加減阻件前后內(nèi)徑為32mm，彎頭與T型三通之間耦合長(zhǎng)度為1.128倍管徑情況下的彎頭與三通近距耦合管內(nèi)流動(dòng)進(jìn)行研究，并對(duì)添加減阻件前后合流工況7種不

2、同流速比的模擬與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證了本文計(jì)算模型的準(zhǔn)確性，并在此基礎(chǔ)上對(duì)減阻件進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)合物理減阻技術(shù)在不同領(lǐng)域的應(yīng)用情況，設(shè)計(jì)出8種不同的減阻件形式，應(yīng)用于管內(nèi)流動(dòng)，并對(duì)其進(jìn)行合流、分流工況下的數(shù)值計(jì)算，將結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。研究結(jié)果表明：
　　 (1) PIV可以成功應(yīng)用于管道內(nèi)流場(chǎng)的測(cè)量，揭示流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，為設(shè)計(jì)減阻方案、揭示減阻機(jī)理提供指導(dǎo)。SST k-ω湍流模型能夠準(zhǔn)確模擬直管段及彎頭與三通近距耦合管內(nèi)流動(dòng)，CF

3、D與PIV流場(chǎng)分布近似，CFD與PIV的最大誤差在15％以內(nèi)。
　　 (2)減阻的機(jī)理在于延緩和推遲邊界層的轉(zhuǎn)折和分離，抑制流體流經(jīng)彎頭與三通時(shí)的擴(kuò)散與收縮效應(yīng)。減小流動(dòng)匯合和分離損失，抑制渦流的產(chǎn)生與發(fā)展，減少能量耗散，使流場(chǎng)更加平穩(wěn)。由于不同工況下管內(nèi)流動(dòng)狀態(tài)不同，因此減阻件的減阻效果隨流動(dòng)工況的變化而變化，如果減阻件與工況匹配較好，則會(huì)收到較大的減阻效果。如果工況不匹配，則減阻件的添加很可能會(huì)增加管道阻力損失。
　　

4、 (3)在實(shí)驗(yàn)用楔形減阻件外形的基礎(chǔ)上，通過(guò)變化減阻件管道最大徑向距離對(duì)合流工況進(jìn)行模擬計(jì)算表明：對(duì)于工程常用流動(dòng)工況范圍，減阻件的最大管道徑向距離不宣超過(guò)管道的直徑的1/4。
　　 (4)未添加減阻什時(shí)，本文模擬數(shù)據(jù)與Eurovent實(shí)測(cè)T型三通阻力系數(shù)及Gardel回歸模型計(jì)算出的T型三通阻力系數(shù)隨兩支管流速比變化趨勢(shì)相同，但具體數(shù)值相差較大，與張新記給出的阻力系數(shù)相差較小，從另一個(gè)方面驗(yàn)證了本文模擬的有效性。
　　

5、 (5)通過(guò)對(duì)8種不同類型減阻件減阻效果分析表明：
　　 1)對(duì)于合流工況局部阻力系數(shù)63，在流速比Vm1/Vm3<1的工況下，減阻件Ⅷ的減阻效果最好，減阻率處于17.18％～47.61％之間；在支管2流速為零的工況下不適合添加減阻件。
　　 2)對(duì)于合流工況局部阻力系數(shù)（C）23，減阻件X的減阻效果較優(yōu)，不同工況下的減阻率處于0.33％～141.30％之間。
　　 3)對(duì)于分流工況局部阻力系數(shù)（C）3，減阻件