彎頭耦合三通降阻PIV實驗及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)中常見的現(xiàn)象，局部構(gòu)件互相耦合使得管網(wǎng)系統(tǒng)流動復(fù)雜，阻力計算難度加大，管網(wǎng)運行穩(wěn)定性差，這直接影響到管道動力設(shè)備的選型、能源消耗、運行費用、管網(wǎng)系統(tǒng)安全運行，因此，管道減阻設(shè)計具有重要的工程意義。
　　 本文利用PIV試驗及CFD模擬手段對添加減阻件前后內(nèi)徑為32mm，彎頭與T型三通之間耦合長度為1.128倍管徑情況下的彎頭與三通近距耦合管內(nèi)流動進行研究，并對添加減阻件前后合流工況7種不

2、同流速比的模擬與實驗結(jié)果進行對比分析，驗證了本文計算模型的準確性，并在此基礎(chǔ)上對減阻件進行優(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)計出8種不同的減阻件形式，應(yīng)用于管內(nèi)流動，并對其進行合流、分流工況下的數(shù)值計算，將結(jié)果進行了對比分析。研究結(jié)果表明：
　　 (1) PIV可以成功應(yīng)用于管道內(nèi)流場的測量，揭示流場結(jié)構(gòu)，為設(shè)計減阻方案、揭示減阻機理提供指導(dǎo)。SST k-ω湍流模型能夠準確模擬直管段及彎頭與三通近距耦合管內(nèi)流動，CF

3、D與PIV流場分布近似，CFD與PIV的最大誤差在15％以內(nèi)。
　　 (2)減阻的機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)彎頭與三通時的擴散與收縮效應(yīng)。減小流動匯合和分離損失，抑制渦流的產(chǎn)生與發(fā)展，減少能量耗散，使流場更加平穩(wěn)。由于不同工況下管內(nèi)流動狀態(tài)不同，因此減阻件的減阻效果隨流動工況的變化而變化，如果減阻件與工況匹配較好，則會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增加管道阻力損失。
　　

4、 (3)在實驗用楔形減阻件外形的基礎(chǔ)上，通過變化減阻件管道最大徑向距離對合流工況進行模擬計算表明：對于工程常用流動工況范圍，減阻件的最大管道徑向距離不宣超過管道的直徑的1/4。
　　 (4)未添加減阻什時，本文模擬數(shù)據(jù)與Eurovent實測T型三通阻力系數(shù)及Gardel回歸模型計算出的T型三通阻力系數(shù)隨兩支管流速比變化趨勢相同，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，從另一個方面驗證了本文模擬的有效性。
　　

5、 (5)通過對8種不同類型減阻件減阻效果分析表明：
　　 1)對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)對于分流工況局部阻力系數(shù)（C）3，減阻件