多孔孔板流场特性及消能率数值模拟研究

摘要

山区管道输水面临高差大、高水头等问题,在下游区需要对其降压、消能处理。孔板结构简单,制作成本较低,消能率较高且能很好地满足工作要求,在节流减压方面应用范围越来越广。对于单孔以及多级孔板研究不乏其数,然而对于多孔孔板研究过少,为探究有压管道中设置多孔孔板后流场特性及消能率的变化,采用全局结构网格及全局非结构网格两种网格划分模式,并进行对比分析,采用Realizable k-ε模型对5种不同类型孔板进行数值模拟研究,并采用壁面函数法处理边界条件。研究结果表明:采用非结构网格与Realizable k-ε模型模拟结果与试验结果较吻合,最大的相对误差为6.81%。水流经过孔板,受其束窄水流作用的影响,水流运动状态发生改变,压力迅速降低,且在后方形成漩涡区,不同类型孔板后方漩涡区长度不同。多孔孔板消能率与开孔率、雷诺数密切相关,开孔率越小,消能率越高,消能率最高可达97.1%;消能率随雷诺数增大先迅速增大之后缓慢增大,最大增幅为7%;通过量纲分析与曲线拟合,还得到了多孔孔板消能率的经验公式,且计算值与实测值相对误差控制在±6%范围内。