管道減壓實(shí)驗(yàn)與表面活性劑流體流動(dòng)特性數(shù)值模擬研究.pdf

1、城市供熱供冷管道及長(zhǎng)距離輸送管道中添加表面活性劑可以降低管道內(nèi)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(duì)于表面活性劑減阻流體的研究多集中于直管流動(dòng)，對(duì)于供熱系統(tǒng)中常見的彎管流動(dòng)的研究比較匱乏。本文對(duì)表面活性劑流體在供熱系統(tǒng)中流動(dòng)特性進(jìn)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(duì)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(jìn)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(duì)表面活性劑流體進(jìn)行數(shù)值模擬具有可行性。
　　供熱管網(wǎng)中運(yùn)行壓力調(diào)度不當(dāng)會(huì)造成管網(wǎng)運(yùn)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(fèi)，甚至?xí)斐晒芫W(wǎng)的漏損。對(duì)于直連供暖系統(tǒng)中高層的高壓回水也需要進(jìn)行減壓過渡為低壓流體。減壓裝置可以通過調(diào)節(jié)柵欄開度降低管道壓力。運(yùn)用模型實(shí)驗(yàn)減壓裝置的減壓效

3、率進(jìn)行計(jì)算。實(shí)驗(yàn)結(jié)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(jié)構(gòu)開度的增加而增加，在30°開度即內(nèi)外側(cè)柵欄中心對(duì)稱的情況下達(dá)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(yùn)用FLUENT數(shù)值計(jì)算軟件對(duì)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(bǔ)償器與方形補(bǔ)償器等彎管組合進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算。結(jié)果顯示，表面活性劑流體流經(jīng)減壓裝置時(shí)降低了管道截面突變處的湍動(dòng)能強(qiáng)度，并且對(duì)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(fù)區(qū)長(zhǎng)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(qiáng)管道輸運(yùn)能力。
　　表面活性劑流體經(jīng)過補(bǔ)償器彎管段時(shí)減小了橫向二次流動(dòng)以及渦旋強(qiáng)度，降低了能量損失。數(shù)值模擬結(jié)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。