不同导叶长度的管道车在不运动条件下形成的同心环状缝隙螺旋流水力特性研究

摘要

近年来，随着经济的发展，交通运输在国民经济中占据了至关重要的地位。传统的交通运输方式大都会对环境造成破坏，而随着人类整体环保意识的增强，传统的高耗能、高污染的运输方式逐渐不再适应时代的发展，因此亟需发展一种新型的低碳运输方式。简装料管道水力输送便是符合这一要求的产物。
　　筒装料管道水力输送作为新兴管道水力输送技术，是对传统管道水力输送技术的补充和完善，本文结合国家自然科学基金“管道缝隙螺旋流水力特性研究(51109155)”和“管道列车水力输送能耗研究(51179116)”，采用理论分析、试验研究和数值模拟相结合的方法，对不同导叶长度的管道车在不运动状态形成的同心环状缝隙螺旋流水力特性进行研究。得出了以下主要结论:
　　(1)相同流量下，随着管道车导叶长度的增加，缝隙螺旋流的压强值，在车后断面和车前断面均表现为先减小后增大再减小的趋势，在车中断面表现为先增大后减小再增大的趋势，其中导叶长度l=0.25L时，三个测试断面平均压强最小。
　　(2)相同流量下，随着管道车导叶长度的增加，缝隙螺旋流的轴向速度，在车后断面表现为逐步增大的趋势，在车中断面和车前断面均表现为先减小后增大再减小的趋势，其中导叶长度l=0.75L时，三个测试断面平均轴向速度最大。
　　(3)相同流量下，随着管道车导叶长度的增加，缝隙螺旋流的径向速度，在车后断面表现为先减小后增大再减小的趋势，在车中断面、车前断面均表现为先增大后减小再增大的趋势，其中导叶长度l=0.5L时，三个测试断面平均径向速度最大。
　　(4)相同流量下，随着管道车导叶长度的增加，缝隙螺旋流的周向速度，在车后断面表现为逐渐增大的趋势，在车中断面表现为先增大后减小的趋势，在车前断面表现为先增大后减小再增大的趋势，其中导叶长度l=0.5L时，三个测试断面平均周向速度最大。
　　(5)相同流量下，对于带导叶的管道车，导叶凹侧水流的压强值大于位于导叶凸侧面的压强值，径向速度绝对值的大小关系与压强值的大小关系相同，轴向速度和周向速度绝对值的大小关系与压强值的大小关系相反。
　　(6)同一型号管道车，缝隙螺旋流在车中断面的压强值大于车后断面、车前断面的压强值;缝隙螺旋流在车后断面的轴向流速的最大值出现在靠近车壁的缝隙中心，缝隙螺旋流在车中和车前断面的轴向流速最大值出现在靠近管壁的缝隙中心;缝隙螺旋流在车后断面、车中断面、车前断面的径向速度和周向速度大小的变化趋势均是先减小后增大。
　　(7)利用FLUENT软件对管道车在平直段不运动状态下所产生的缝隙流的流场进行了数值模拟，分析了缝隙流场中的压强和三维速度的变化分布特性，并与实测试验对比验证，结果基本一致。
　　本论文的研究成果对静边界缝隙螺旋流的研究和管道车在实际生产中的应用提供一定的理论依据。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的研究背景

1．2 管道水力输送的研究概况

1．2．1 浆体管道水力输送研究进展

1．1．2 型料及囊体管道水力输送研究进展

1．2．3 简装料管道水力输送研究进展

1．3 缝隙流研究进展

1．4 管道螺旋流研究进展

1．5 圆柱绕流的研究进展

1．6 本文的研究内容和方法

第二章 管道车的结构设计及试验系统简介

2．1 管道车设计

2．1．1 管道车构造

2．1．2 管道车的结构参数

2．2 试验系统

2．3 测试设备及原理

2．4 测试断面与测点布置

2．5 试验方案

第三章 不同导叶长度的管道车不运动时形成的同心环状缝隙螺旋流水力特性研究

3．1 缝隙螺旋流在测试断面的整体水力特性分布

3．1．1 缝隙螺旋流在测试断面的整体压强分布

3．1．2 缝隙螺旋流在测试断面的整体三维速度分布

3．2 缝隙螺旋流在测试断面极轴上水力特性

3．2．1 车后断面极轴上水力特性分布

3．2．2 车中断面极轴上水力特性分布

3．2．3 车前断面极轴上水力特性分布

3．2．4 极轴上同一测点在不同断面水力特性变化

3．3 缝隙螺旋流在测试断面同一环上的水力特性分布

3．3．1 车后断面同一测环上水力特性分布

3．3．2 车中断面同一测环上水力特性分布

3．3．3 车前断面同一测环上水力特性分布

第四章 不同导叶长度管道车不运动状态缝隙螺旋流水力特性分布数值模拟

4．1 数学模型及参数计算

4．1．1 数学模型

4．1．2 模拟参数计算

4．2 物理建模与模拟运算

4．2．1 物理建模与网格划分

4．2．2 模拟运算

4．3 模拟结果与验证

4．3．1 缝隙流场测试断面水力特性分布对比

4．3．2 缝隙流三维速度结果对比

第五章 结论与建议

5．1 结论

5．2 建议

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的学术论文目录及参加的主要科研项目