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导流条安放角对管道双车车间断面螺旋流流速特性的影响研究

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导流条安放角对管道双车车间断面螺旋流流速特性的影响研究

作者：王谦太原理工大学

学位级别：硕士

目前,运输的能源损耗、环境污染、交通拥堵等都是社会关注的重要交通问题,而传统的运输方式已不能满足人们日益增长的运输需求。筒装料管道水力输送技术的出现为物流运输方式提供了一个新的方向。本文依托国家自然科学基金项目“管道缝... 详细信息

目前,运输的能源损耗、环境污染、交通拥堵等都是社会关注的重要交通问题,而传统的运输方式已不能满足人们日益增长的运输需求。筒装料管道水力输送技术的出现为物流运输方式提供了一个新的方向。本文依托国家自然科学基金项目“管道缝隙螺旋流水力特性研究”（51109155）、“管道列车水力输送能耗研究”（51179116）”和“山西省自然科学基金项目“筒装料管道水力输送下的同心环状缝隙螺旋流水力特性研究”（2015011067）”,以导流条安放角为主要控制变量,采用理论与模型试验相结合的方法,对不同导流条安放角条件下管道双车车间断面的螺旋流流速特性进行了研究。得出的主要结论如下:（1）轴向流速方面:不同导流条安放角条件下,车间各断面的轴向流速分布趋势基本相同,均呈现扩散-收缩-再扩散的分布规律;圆管中间半径测环上,顺水流方向轴向流速整体增加,分布趋于均匀化的变化,并且轴向流速值的范围更加集中,其中紧贴管道后车支撑体的断面上轴向流速值极差大;相同导流条安放角条件下,沿程车间各断面的轴向流速在各个流速区间中增加,并且趋于均匀化;半径为18mm以内的测环,轴向流速总体保持小幅度波动,半径大于18mm以外的测环,随极轴角度的增加呈波峰波谷交替出现且峰值逐渐下降趋于平缓的变化。（2）周向流速方面:对于同一断面而言,随着导流条安放角的增加,周向流速逐渐向正方向增加,周向流速的强度也在逐渐增加,增幅将近1m/s左右,导流条安放角的增大促进了车间断面周向流速的发展;不同导流条安放角下,车间各断面的周向流速百分比柱状堆积图呈阶梯状分布,导流条安放角的增加与周向流速增加呈正比关系,导流条安放角越大,周向流速在高流速区间分布所占比例越大;相同极轴角度下断面1#（紧贴管道后车支撑体）～断面3#（距管道后车支撑体75cm）中,周向流速随测环半径的增加呈先下降后增长至波峰然后再下降的变化趋势,并且随着导流条安放角的增加,周向流速的变化范围整体增加;沿程各个测环上的周向流速极差逐渐减小,周向流速趋于均匀化并且保持曲线波峰-波谷交替出现。（3）径向流速方面:沿水流方向径向流速120°旋转对称分布逐渐明显,在距管道后车支撑体75cm的3#断面与距管道后车支撑体112.5cm处的4#断面中最明显,靠近管道后车支撑体断面与靠近管道前车支撑体的断面分布比较紊乱;与周向流速分布百分比柱状堆积图呈阶梯状增长的趋势不同,径向流速阶梯式增长趋势不明显,正值径向流速沿水流方向呈现先减小后增加的变化趋势,即车间断面径向水流由指向圆心方向发展居主导后逐渐转变为远离圆心方向发展居主导形式;导流条安放角增加时,随极轴角度的增加,径向流速的波峰和波谷在不同极轴上存在有整体偏移,偏移的极轴角度在30°左右。（4）水流流量增加后,车间各断面的轴向流速得到促进,流速值范围扩大,并且不同极轴上测点轴向流速的变化幅度增加,波峰和波谷更加明显,随着导流条安放角的增加,轴向流速变化速率更大;圆管中流量的增加使得车间各断面的“流速缺口”更加明显,且沿着水流方向的“流速缺口”也在沿着正方向逆时针旋转,旋转角度大致为120°;流量的增加促使距管道后车支撑体75cm～150cm的断面中的轴向流速曲线随极轴角度的增加而出现WV相连波峰波谷交替的变化趋势更加明显。本文的研究成果充实和完善了管道螺旋流理论研究,并且对于筒装料管道水力输送技术推广应用提供一定的理论参考。

关键词：管道车导流条安放角螺旋流速度分布

导流条安放角对筒装料管道水力输送特性影响的试验研究

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导流条安放角对筒装料管道水力输送特性影响的试验研究

作者：路明太原理工大学

学位级别：硕士

筒装料的管道水力输送是一种洁净环保高效的水力输送方式，它具有纯料输送、没有脱水工序而占地少和无污染、能耗小、固体和液体物料均可输送、用水少等优点，是一种有利于我国国民经济可持续发展的新型管道水力输送方式。该输送方式不... 详细信息

筒装料的管道水力输送是一种洁净环保高效的水力输送方式，它具有纯料输送、没有脱水工序而占地少和无污染、能耗小、固体和液体物料均可输送、用水少等优点，是一种有利于我国国民经济可持续发展的新型管道水力输送方式。该输送方式不同于传统的浆体管道水力输送，又和普通的型料平直流管道水力输送有很大区别，是一种新兴的极有前途的科学技术，因而具有广阔的应用前景，对筒装料管道水力输送的研究具有重大的理论价值和实际意义。本论文内容结合国家自然科学基金项目“筒装料管道水力输送的水力特性研究”(50579044)，采用理论分析与模型试验相结合的技术路线，就导流条对筒装料管道水力输送特性的影响进行了研究。研究的主要内容及成果如下：1．依据管道车周向运动特性，在分析管道车周向受力的基础上，从理论上建立了管道车周向旋转角速度的表达式，讨论了导流条安放角对旋转角速度的影响。研究表明：管道车旋转角速度大小与导流条安放角、导流条个数、导流条高度、导流条长度、筒装料比重以及管道车规格等参数密切相关。在单参数变化情况下，旋转角速度与导流条安放角、导流条个数、导流条高度表现出正相关关系。管道车若发生周向旋转，导流条结构参数的组合值必须大于某一临界值，该临界值与管道车形状及筒装料比重有关。2．基于水力学理论和管道车在管道内的运动特性，建立了管道车运动方程及环隙流的连续性方程，定性分析了管道车运动过程中环隙流轴向和周向流速分布的特点。从环隙流连续性方程看出管道车轴向运动速度与环状缝隙流轴向平均速度呈负相关。3．管道车上导流条的安装使管道车在发生轴向运动的同时产生周向旋转运动。在物理模型试验中，以气泡作为示踪介质，对管道车旋转引起的非恒定螺旋流的扰动范围进行了测试，初步得到了非恒定螺旋流的显著影响范围。4．设计管道试验系统，并加工管道车模型，试验并测试了管道车旋转角速度、轴向运行速度、管道车压力损失及管道车运行时对下游压力的影响，对物理模型得到的数据进行分析研究，得到一定结论。导流条安放角是影响筒装料管道水力输送压力损失的一个主要因素，较低的系统能耗应存在一个合理的导流条安放角取值范围。具有一定弯曲角度的导流条是管道车发生周向旋转的主导因素，在流量一定的情况下较大的安放角能使管道车产生较大的旋转角速度。此外，导流条也是影响管道车轴向运行速度的一个重要因素，但轴向车速受其他因素的影响也比较明显。试验数据还表明，在管道车下游一定范围内产生了非恒定螺旋流，受非恒定螺旋流的影响，管道车前端较近的测点压强体现出随机性，个别测压管的水头因受局部强烈的紊动而表现出大于无管道车时测压管水头的现象;较远的测点压强呈现规律的压力衰减特性，且有车时测点的测压管水头均低于无车时的测压管水头。5．依据数理统计理论，对压力损失的影响参数进行了敏感性分析，得到相应的主要影响因素的影响程度，在环状缝隙宽度B、导流条安放角θ、筒装料容重γ及水流流速ν四项参数当中，其对压力损失影响的主次关系为：B＞θ＞γ＞ν。此外，以相对于管流流速的较大管道车运行速度、较小的压力损失和较重输送荷载为目标，采用多指标试验分析方法对管道车结构参数进行了初步优化，优化方案将为筒装料管道水力输送的进一步研究提供有益的参考。本文的研究工作将为确定筒装料管道水力输送的技术要素提供依据，研究结果对筒装料管道水力输送的进一步研究具有重要的价值。

关键词：导流条安放角筒装料水力输送输送特性

不同导流条安放角下的管道双车车间断面轴向流速特性研究

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水电能源科学 2021年第7期39卷 167-170页

作者：庞雅琦李永业宋晓腾姚丽悦张雪兰孙西欢王谦太原理工大学水利科学与工程学院山西太原030024

鉴于筒装料管道水力输送是一种绿色环保的输送方式,通过理论分析与模型试验相结合的方法研究了该输送方式下同型管道双车在不同导流条安放角条件下运行时车间断面的螺旋流轴向流速特性。结果表明,不同导流条安放角条件下,车间各断面的... 详细信息

鉴于筒装料管道水力输送是一种绿色环保的输送方式,通过理论分析与模型试验相结合的方法研究了该输送方式下同型管道双车在不同导流条安放角条件下运行时车间断面的螺旋流轴向流速特性。结果表明,不同导流条安放角条件下,车间各断面的轴向流速分布趋势基本相同,轴向速度均呈现随半径的增加而增加,速度的变化率则随半径的增加而减小;随着车间断面与管道后车支撑体距离的增加,轴向流速整体增加且分布趋于均匀化;随着导流条安放角的增加,相同测点轴向流速变化呈现先增长再保持平稳的状态。研究结果为筒装料管道水力输送技术应用于工程实践提供理论支持。

关键词：管道双车水力输送导流条安放角轴向速度

管道车在不同导流条安放角条件下运移的水力特性研究

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管道车在不同导流条安放角条件下运移的水力特性研究

作者：靳文宇太原理工大学

学位级别：硕士

当前我国经济迅猛发展,但是也暴露出许多矛盾,那就是,高能耗与低产值、高污染与低效率、高成本与低收益。国家走可持续发展的道路就要求要不断创新、不断研发新产品、新技术来解决这些问题。筒装料管道水力输送作为一项新研发的管道水... 详细信息

当前我国经济迅猛发展,但是也暴露出许多矛盾,那就是,高能耗与低产值、高污染与低效率、高成本与低收益。国家走可持续发展的道路就要求要不断创新、不断研发新产品、新技术来解决这些问题。筒装料管道水力输送作为一项新研发的管道水力输送技术,目的是为缓解我国经济发展中能源浪费严重的情况。它是一种清洁、环保、低能耗的水力输送方式,也是一种有利于我国国民经济可持续发展的新型管道水力输送方式。该输送方式不同于浆体管道水力输送和型料管道水力输送,是一种极有前途的运输技术。本论文由国家自然科学基金项目“筒装料管道水力输送的水力特性研究”(50579044)资助,采用模型试验与理论研究相结合的技术路线,分析了管道车在不同导流条安放角条件下运移的水力特性,研究的主要内容及成果如下:1.根据前人试验改进了管道车的结构,增加了管道车的铁脚支撑、万向滚珠、改进了导流条安放角、导流条个数、导流条高度、导流条长度,设计并安装筒装料管道水力输送试验系统。2.分析管道车运动过程中管道车导流条安放角与管道车平均速度的关系。分析了在同一荷载,同一流量下,导流条安放角对管道车平均速度的影响现象及原因。根据试验现象得出导流条是影响管道车轴向运行速度的一个重要因素,从总体上看车速随导流条安放角的增大而增加。3.分析了不同导流条安放角、相同荷载、相同流量情况下,在不同位置处整个管道系统压力分布情况,同时还分析了试验系统平直管段和弯管段特征测点断面在管道车整个运行过程中压力变化情况。选取的特征测点断面起始压力保持不变,当管道车运动至测点断面附近时,该断面受其影响,压力将逐渐下降,管道车远离该测点断面附近时,该点压力逐渐上扬并最终保持之前压力不变。4.分析了不同导流条安放角、相同荷载、相同流量情况下管道车能耗情况及导流条安放角对管道车能耗的影响。管道车在导流条安放角θ=5°～25°之间能耗出现先增大后减小的现象,并在导流条安放角θ=15°时,能耗达到最大值,θ=25°能耗达到最小值。5.结合以前测得的无导流条管道车的试验数据,在型号、荷载及流量相同情况下,对两种管道车(有导流条和无导流条)在管道运行中的平均速度和能耗进行了比较分析。安装导流条的管道车的平均运行速度都大于无导流条的管道车,安装导流条的管道车的能耗都小于无导流条的管道车。本文研究结果对筒装料管道水力输送理论的进一步研究具有一定的参考价值,对于未来大规模发展该管道水力输送技术提供可靠的试验依据,同时对加快该水力输送技术转化有重要的现实意义。

关键词：管道车导流条安放角水力特性水力输送

不同导流条安放角管道车在管道中运移时的缝隙螺旋流流速特性研究

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不同导流条安放角管道车在管道中运移时的缝隙螺旋流流速特性研究

作者：黄莹彬太原理工大学

学位级别：硕士

目前,物流运输已经成为社会关注的一个重要问题,传统的运输方式已不能满足人们日益增长的运输需求,显现出一些缺点,如运输的能源问题、环境污染问题、交通问题等。筒装料管道水力输送技术的出现为物流运输方式提供了一个新的方向,其具... 详细信息

目前,物流运输已经成为社会关注的一个重要问题,传统的运输方式已不能满足人们日益增长的运输需求,显现出一些缺点,如运输的能源问题、环境污染问题、交通问题等。筒装料管道水力输送技术的出现为物流运输方式提供了一个新的方向,其具有土地占用率小、干净清洁等诸多优点。本文依托国家自然科学基金项目“管道缝隙螺旋流水力特性研究(51109155)”和“山西省自然科学基金项目(2015011067)”,采用理论分析及试验研究相结合的方法,在试验设计流量Q为40m3/h、输送荷载为900g的工况下,对车长x车径即Lx D分别为100mmx70mm,150mmx60mm,150mmx70mm的三种管道车车型,在不同导流条安放角条件下运移时形成的缝隙螺旋流速度特性展开了研究,得出的主要结论如下:(1)无论何种管道车车型在管道内运行时,都将打破原来水流轴向速度的同心分布状态,轴向速度的最大值也从管中心向管壁移动;车中断面的轴向流速变化梯度要小于车后和车前断面。在同一工况下,直径为60mm的管道车运移时形成的缝隙螺旋流的轴向速度整体大于管道水流平均流速,直径为70mm的管道车运移时形成的缝隙螺旋流的轴向速度整体小于直径为60mm的管道车。(2)随着导流条安放角的增大,车后、车前断面的缝隙螺旋流轴向速度均表现为先减少后增大再减少再增大的W分布规律;车中断面缝隙螺旋流的轴向速度呈现随之增大的规律。车后断面缝隙螺旋流轴向速度的变化随着导流条安放角度的增大变化幅度更大;车中断面缝隙螺旋流轴向速度分布基本呈同心分布的规律,轴向速度最大值出现在测环为44mm的位置左右;车前断面缝隙螺旋流轴向速度最大值随着导流条安放角度的增大不再呈现突变的形式,而是平稳增加到轴向速度最大值。(3)随着导流条安放角的增大,车后断面的缝隙螺旋流径向速度表现为先增大后减小再增大的趋势,基本呈N型分布;车中断面的缝隙螺旋流径向速度基本稳定在0-0.04m/s之间;车前断面的缝隙螺旋流径向速度基本呈先增大后减少再增大再减少的M型分布。车后断面缝隙螺旋流径向速度的最大值随着导流条安放角度的增大呈现先增大然后基本稳定于0.5 m/s.6 m/s之间;车中断面缝隙螺旋流径向速度的变化范围基本不随导流条安放角的变化而变化;车前断面缝隙螺旋流径向速度的最小值基本都出现在90o、210o、330o左右。(4)随着导流条安放角的增大,车后断面的缝隙螺旋流周向速度呈先增大后减小再增大的N型分布;车中断面的缝隙螺旋流周向速度呈现线性增长趋势;车前断面的缝隙螺旋流周向速度呈先增大后减少再增大再减少的M型分布规律。无论何种导流条安放角条件,车后断面缝隙螺旋流周向速度的最大值一般都出现在120o、240o附近;随着导流条的安装以及安放角度的增大,车中断面缝隙螺旋流周向速度分布越来越类似于同心环状分布,且最大值越来越大,同一极轴上,测环半径越小,同一测点的周向速度越大;车前断面缝隙螺旋流周向速度,随着导流条安放角的增大,其变化范围越来越大。(5)无论何种车型,管道车平均车速和缝隙螺旋流轴向平均流速随着导流条安放角的增大而逐渐趋向于管道水流平均流速。管道车的轴向运行速度都随着导流条安放角的增大而增大,其中,100mmx70mm的管道车增加幅度最大(0.1999m/s),150mmx70mm的管道车增加幅度最小(0.114m/s)。

关键词：导流条安放角管道车缝隙螺旋流流速分布

导流条安放角度对管道车间断面螺旋流流速特性的影响

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农业工程学报 2021年第5期37卷 87-94页

作者：李永业庞雅琦宋晓腾贾晓萌鲁一凡孙西欢张雪兰太原理工大学水利科学与工程学院太原030024

为分析筒装料螺旋流管道水力输送的能耗问题,该研究以导流条安放角为主要控制变量,采用理论分析与模型试验相结合的方法,研究了不同导流条安放角条件下管道车间断面的螺旋流流速特性。结果表明:不同导流条安放角条件下,管道车间断面的... 详细信息

为分析筒装料螺旋流管道水力输送的能耗问题,该研究以导流条安放角为主要控制变量,采用理论分析与模型试验相结合的方法,研究了不同导流条安放角条件下管道车间断面的螺旋流流速特性。结果表明:不同导流条安放角条件下,管道车间断面的轴向流速分布趋势基本相同,均呈现先由管壁向内扩散,再由管轴线向外扩散的分布特征,且管道车间各断面轴向流速值整体较大,最大值达到3 m/s。不同导流条安放角下车间断面的径向流速基本在-1~1 m/s之间波动,且径向流速值为0的区域相对较大;随着导流条安放角度的增加,管道车间断面的径向流速逐渐呈现120°旋转对称分布,且在0°、120°与240°极轴方向上径向流速值较小。相较于轴向和径向流速,周向流速受导流条安放角的影响最大,且周向流速强度随导流条安放角的增大而增大,最大值能达到1.5 m/s。同时随着导流条安放角的逐渐增大,沿圆周断面呈逆时针旋转的周向速度增加;同径向流速类似,随着导流条安放角的增加,管道车间断面的周向流速也逐渐呈现120°旋转对称分布,但在0°、120°与240°极轴方向上周向流速值反而较大。该研究不仅完善了管道螺旋流理论,而且可为筒装料管道水力输送技术的推广应用提供理论参考。

关键词：流速管道输送螺旋流导流条安放角管道车

切向入流式螺旋流排沙装置进口流速场试验研究

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切向入流式螺旋流排沙装置进口流速场试验研究

作者：张琦杰华北水利水电大学

学位级别：硕士

水库淤积问题严重影响其功能的正常运用,利用管道螺旋流进行水库排淤是解决淤积问题的一种方法。管道螺旋流进口与淤积泥沙接触的吸泥头附近流场是影响排沙效果的关键因素。本文针对吸泥头上导流条不同布置方式对周边流场的影响进行了... 详细信息

水库淤积问题严重影响其功能的正常运用,利用管道螺旋流进行水库排淤是解决淤积问题的一种方法。管道螺旋流进口与淤积泥沙接触的吸泥头附近流场是影响排沙效果的关键因素。本文针对吸泥头上导流条不同布置方式对周边流场的影响进行了试验研究,探讨不同导流安放角及高度对排沙器进口流速场的影响,为排沙器的高效排沙建立基础。本文的研究具有一定的实用价值。论文通过物理模型试验的手段对文中提出的切向入流式螺旋流排沙装置的进口流速场进行了试验研究。该装置采用切向进流的方式产生强制螺旋流,利用吸泥头与淤积泥沙之间的导流条产生高速螺旋流使泥沙起动并进入螺旋输送管道中。试验研究了吸泥头导流条的6个不同角度(10度～60度)和2个不同高度(12mm和16mm)工况下的中心切向漩涡流速和过流区流速分布。论文主要研究的结论如下:1.排沙器进口流速分布研究:导流条角度60度时的切向漩涡流速最大,而15度及30度布置产生的切向流速最小。各个角度布置下的吸泥头过流面均出现了明显的主流偏移情况,但产生位置和偏移程度有所不同,同时各角度布置水头损失的主要分布也各不相:同。导流条高度的变化会在一定程度上影响水流流速分布,但是无法改善水流条件。2.涡旋强度的研究:根据得到的流速数据选择部分布置的涡旋强度进行研究。研究发现,各布置的涡旋强度与流速为正相关关系。60度布置各测点的涡旋强度优势明显,即能够起动和夹带的泥沙颗粒最大,在6个布置角度中的排沙效果为最佳。3.流速函数的拟合:根据测得的流速数据,对排沙效果最佳的60度布置流速与中心距的关系函数进行了拟合,拟合得到的简易函数为:v/vm=2.8015(D/r)-1.406,该函数在排沙器中远端的拟合度较高,近中心位置的拟合流速与实测流速存在一定差距。

关键词：螺旋流物理模型切向漩涡流速导流条安放角导流条高度流速分布