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不同夹角T型三通阻力特性分析及降阻优化研究

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不同夹角T型三通阻力特性分析及降阻优化研究

作者：徐茜荣山东建筑大学

学位级别：硕士

随着人们在既有建筑中停留时间的不断增长,对室内生活环境的舒适度及空气品质的要求也在不断提高,空调作为调节室内温湿度及空气品质的主要设备,在我国建筑中被广泛运用,由此带来的是不可忽视的高建筑能耗问题。具体表现为,由空调通风... 详细信息

随着人们在既有建筑中停留时间的不断增长,对室内生活环境的舒适度及空气品质的要求也在不断提高,空调作为调节室内温湿度及空气品质的主要设备,在我国建筑中被广泛运用,由此带来的是不可忽视的高建筑能耗问题。具体表现为,由空调通风管道阻力所引起的风机能耗占建筑能耗的15%—30%左右,这一数据仍在接连上涨。空调风管中数目较多的局部构件是造成其大阻力的主要原因,在空调通风管道中由局部构件弯头、三通等所造成的阻力大约占管道总阻力的50%。因此,可从降低管道局部阻力损失着手来达到降低建筑总能耗的目的。三通作为空调通风管道中的常见局部构件,是引起风管高阻力及风机高能耗的主要构件之一,为此本文拟采用理论分析与数值模拟相结合的方法进行空调通风管道中分、合流三通的阻力特性研究,并对不同夹角三通进行结构优化,探究切实可行的降阻优化方法。文章结合我国能源结构的特点分析了管道减阻的必要性,并应用数值模拟的方法结合现有湍流理论及学者们已取得的研究成果对分、合流三通的阻力成因及影响因素进行探究,模拟结果表明:（1）漩涡及二次流是造成分、合流三通局部阻力损失的主要原因;（2）夹角、分流比、面积比对分、合流三通局部阻力损失的影响不同;（3）合流三通的局部阻力损失与夹角、分流比成正比,与面积比成反比;（4）分流三通的局部阻力损失与夹角成正比、与面积比成反比,且分流比越大,直-主间的局部阻力损失越大,旁-主间的局部阻力损失越小。然后在理论分析及数值模拟结论的基础上通过在合、分流三通中设置高度不同的“凹、凸”弧来对传统的三通结构进行优化,经数值模拟和分析比较获得的主要结论及成果如下:（1）适当高度的弧型结构可以有效降低三通管的阻力损失,并且得到了不同高度的“凹、凸”弧所对应的局部阻力系数和减阻率,再据此确定了不同夹角下通风管道分、合流三通的最佳优化弧;（2）通过对比传统三通与优化三通的全压图、速度流线图及湍动能分布图深入探究“凹、凸”弧结构能够降低三通阻力的原因和机理;（3）最后采用Q准则涡识别方法得到优化三通与未优化三通中的涡结构图,对“凹、凸”弧结构的减阻机理进行更深层次的剖析,得到“凹、凸”弧结构之所以能够降低三通构件阻力的原因是其能够分解、消除、抑制涡的产生。本文研究的是空调通风管道中不同夹角、异径分、合流三通的阻力特性及降阻优化技术。本文研究获得的三通内流体的阻力特性可以帮助我们更好地进行管道设计,提高管道输运的效率,保障输运过程的安全。局部构件降阻优化技术对降低管道局部阻力损失、促进节能建筑在我国的发展意义非凡,能够为管道减阻研究提供依据。本文的研究将在一定程度上推动通过优化局部构件形状来降低管道损失的研究,促进建筑节能继续向更好的方面发展。

关键词：三通减阻弧形优化局部阻力系数 Q准则 3D涡结构数值模拟

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表面活性剂减阻水溶液突扩流的阻力特性

力学学报 2018年第2期50卷 274-283页

作者：蔡书鹏汪志能段传伟李丹湖南工业大学机械学院湖南株洲412007 武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室武汉430072

为揭示胶束水溶液突扩流的减阻特性,实验研究了质量分数为1×10^(-4),2×10^(-4)的十六烷基三甲基溴化铵水溶液通过管径比为1:1.52的突扩的流动阻力行为.实验结果表明,在直管段最大减阻率都可达到70%的两给定质量分数的胶束水溶液,其突... 详细信息

为揭示胶束水溶液突扩流的减阻特性,实验研究了质量分数为1×10^(-4),2×10^(-4)的十六烷基三甲基溴化铵水溶液通过管径比为1:1.52的突扩的流动阻力行为.实验结果表明,在直管段最大减阻率都可达到70%的两给定质量分数的胶束水溶液,其突扩局部阻力系数,在较低雷诺数区域,较牛顿流体仅有10%～20%程度的降低,呈现局部低减阻特性;在较高雷诺数区域远大于牛顿流体,尤其当突扩进口流快失去减阻能力时,甚至接近牛顿流体的1.5倍,呈现明显的局部增阻行为.胶束水溶液减阻流,在突扩下游再次形成充分发展流所需的下游长度,远大于牛顿流体的7.8倍下游管径(45倍突扩台阶高度),流入突扩前完全失去减阻能力的质量分数为2×10^(-4)的胶束水溶液流,所需的突扩下游长度达到最大,约合158倍下游管径(920倍突扩台阶高度).通过胶束水溶液流变特性的实验分析认为,减阻水溶液突扩流的阻力行为与它的胶束网联结构的形成及松弛的时间特性密切相关.

关键词：突扩局部阻力系数减阻胶束网状结构松弛

特长跨海公路隧道排烟道辅助通风下排风口设计参数的数值模拟研究——以青岛第二海底隧道为例

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隧道建设（中英文） 2021年第2期41卷 258-266页

作者：张逸敏田啸宇姚文浩付朝晖陈玉远曾艳华西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室四川成都610031 四川路桥建设股份有限公司四川成都610031 中铁第四勘察设计院集团有限公司湖北武汉430063

针对特长水下隧道不设竖井运营通风方案下的参数优化,依托青岛第二海底隧道在海中不设竖井的新型运营通风方案,利用CFD软件Fluent建立三维数值模型,分别研究2种不同形式排风口(整体式和分离式)、排风口面积、风阀及顶部烟道分岔口位置... 详细信息

针对特长水下隧道不设竖井运营通风方案下的参数优化,依托青岛第二海底隧道在海中不设竖井的新型运营通风方案,利用CFD软件Fluent建立三维数值模型,分别研究2种不同形式排风口(整体式和分离式)、排风口面积、风阀及顶部烟道分岔口位置对风流局部阻力系数的影响,得到最优通风参数及相应的局部阻力系数。研究结果表明:1)在其他条件相同的情况下采用新型通风方案时,整体式排风口优于分离式排风口;2)随着排风口面积增大,排风口段局部阻力系数逐渐减小,减小速率逐渐降低,排风口面积宜取45 m2左右;3)随着风阀与排风口距离增大,局部阻力系数逐渐减小,但减小幅度不大,风阀与排风口距离宜取10 m左右;4)随着顶部烟道分岔口与排风口距离增大,局部阻力系数呈现先减小后增大的变化趋势,顶部烟道分岔口与排风口距离宜取10~20 m。

关键词：水下公路隧道运营通风 Fluent模拟排风口局部阻力系数排烟道分岔口

深埋长距离有压输水隧洞检修通风局部阻力特性研究

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水利水电技术（中英文） 2022年第S01期53卷 380-387页

作者：沈炬鹏许璞璇彭旭佟大威吴海峰龚芳广东粤海珠三角供水有限公司广东广州511458 天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300072 广东省水利电力勘测设计研究院有限公司广东广州510635

深埋长距离有压输水隧洞检修过程中利用隧洞顶部的风管向隧洞内部送风,风管与隧洞形成局部三通结构,存在较大局部阻力损失。为了研究输水隧洞局部三通结构处的风流运动规律及其局部阻力特性,基于计算流体动力学理论与数值模拟方法,开展... 详细信息

深埋长距离有压输水隧洞检修过程中利用隧洞顶部的风管向隧洞内部送风,风管与隧洞形成局部三通结构,存在较大局部阻力损失。为了研究输水隧洞局部三通结构处的风流运动规律及其局部阻力特性,基于计算流体动力学理论与数值模拟方法,开展该局部三通结构的阻力特性研究,分析风管管径、风管数量、出风口风速和隧洞洞径等因素对局部阻力系数的影响规律。研究结果表明:局部阻力系数随着风管管径、风管数量的增加接近线性趋势降低,随着隧洞洞径的增加接近线性趋势增加,随风速变化呈现先下降后上升的趋势,其中风管管径和出风口风速为局部阻力系数的主要影响因素;采用多因素回归分析方法,得到通风局部阻力系数计算公式,为深埋长距离有压输水隧洞检修通风局部阻力系数计算和通风方案设计提供参考。

关键词：深埋长距离有压输水隧洞检修通风局部阻力系数数值模拟多因素回归分析

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巷道局部阻力系数的可变性探讨

煤矿安全 2000年第4期31卷 36-37页

作者：王方胜白开圣杨永平徐州矿务集团公司张双楼矿

本文根据实际测量情况及流体力学基本理论 ,探讨了局部阻力系数随巷道风流流向的改变的现象。

关键词：巷道局部阻力系数可变性通风风向改变

重力作用下组合弯管内气液两相流局部压降特性研究

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重力作用下组合弯管内气液两相流局部压降特性研究

作者：汪冰安徽工程大学

学位级别：硕士

在工程实际中实行节能减排的大背景下,开展重力作用下组合弯管内气液两相流局部压降特性研究具有明显的工程指导意义和学术价值。鉴于目前国内外对于更贴合工程实际工况的重力作用下弯管,尤其是组合弯管内气液两相流局部压降特性的研究... 详细信息

在工程实际中实行节能减排的大背景下,开展重力作用下组合弯管内气液两相流局部压降特性研究具有明显的工程指导意义和学术价值。鉴于目前国内外对于更贴合工程实际工况的重力作用下弯管,尤其是组合弯管内气液两相流局部压降特性的研究工作较少。本文采用Fluent中的Realizable k–ε湍流模型结合Mixture两相流模型,在不同流动方向、弯管几何形态(包括弯径比R/D和高径比H/D)、气相体积率α、液相雷诺数Re(由气液两相流速无量纲化后得到)等无量纲参数条件下对重力作用下单弯管(L形弯管)及组合弯管(Z形以及90°、180°组合弯管)内气液两相流局部压降特性(主要包括局部压降比λ以及局部压降系数ξ)进行了系统研究。主要工作如下:首先,在R/D=1～7、α=0～0.3以及Re=2.9×10～2.1×10参数范围内对重力作用下L形弯管内气液两相流局部压降特性进行了系统研究。结果表明,当R/D2时,λ呈现相反趋势;当0.05≤α≤0.3时,λ随Re的增大而增大,当R/D>4时,λ–Re关系曲线的增长趋势几乎保持不变;当0.05≤α≤0.3时,L形弯管的ξ随着α的增大而不断增大,且增大趋势逐渐减小;α从0增大到0.2时,ξ变化较为显著,此后可近似认为ξ的改变与α无关;ξ随R/D增大先减小后趋于稳定。其次,在R/D=1～8、H/D=1～16、α=0～0.3以及Re=2.9×10～2.1×10参数范围内结合三种流动方向条件对重力作用下Z形弯管内气液两相流局部压降特性进行了系统研究。结果表明,保持R/D=2不变,当α增大时,Z形弯管的λ随之减小;不同流动方向条件下λ均随Re增大而增大,并随H/D增大,λ增大幅度基本保持不变;当Re较小时,Z形弯管的ξ随着Re增大而减小,随着Re继续增大,ξ将不随Re的改变发生明显变化;向上流动时,ξ随着H/D增大而增大,水平流动和向下流动时,ξ随着H/D增大而减小;ξ随着R/D的增加呈先减小后基本不变的趋势。最后,以0°(Z形)、90°和180°三种组合弯管为研究对象,探究各组合弯管的相邻影响作用(包括相邻影响系数C以及相邻影响长度H)与H/D的内在关联。后续基于大量数值结果建立了L形以及三种组合弯管ξ在向上与向下两种流动方向下与R/D、H/D、α以及Re的预测关系式。结果表明,三种组合弯管C随H/D改变而表现出相同的变化趋势;向上流动时,C为0°弯管>90°弯管>180°弯管,向下流动时,C为90°弯管>0°弯管>180°弯管;H在两种流动条件下分别表现出与C相反的变化规律;预测关系式与数值结果的拟合误差基本都在20%以内。

关键词：气液两相流弯径比高径比雷诺数局部压降比局部阻力系数相邻影响作用

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节水承插式折角弯管水流流动特性研究

节水灌溉 2021年第4期 35-40页

作者：弋鹏飞马奭文张建鹏任磊李永发伊犁师范大学物理科学与技术学院新疆伊宁835000 黄河水利委员会信息中心郑州450003 河海大学水利水电学院南京210098

对DN50承插弯管进行流动特性试验研究,采用Relizablek-ε湍流模型对其数值模拟,数值模拟结果与试验吻合较好。接着对DN20、DN40、DN63、DN75规格45°、60°、90°折管水流进行了数值模拟,通过可视化分析发现,折角弯管流场在弯曲段下游... 详细信息

对DN50承插弯管进行流动特性试验研究,采用Relizablek-ε湍流模型对其数值模拟,数值模拟结果与试验吻合较好。接着对DN20、DN40、DN63、DN75规格45°、60°、90°折管水流进行了数值模拟,通过可视化分析发现,折角弯管流场在弯曲段下游发生回流现象,下游50 mm横截面处有一对对称、悬向相反的涡旋。随着弯折角度增加,回流范围和负压程度逐渐增加;折管局部阻力系数随雷诺数先减小而后逐渐趋于恒定,进入阻力平方区的45°、60°、90°折管局部阻力系数分别为0.213、0.462、1.127;采用动量方程计算了水流对弯管的冲击力,拟合了冲击力与流速的关系式,可对弯曲段水压力进行预测。

关键词：供水管网承插折角弯管局部阻力系数水流流动特性冲击力

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圆形喷灌机系统两井泵汇流装置水力性能研究

灌溉排水学报 2019年第4期38卷 48-54页

作者：张云龙严海军王建东中国农业大学水利与土木工程学院北京100083 中国水利水电科学研究院水利研究所北京100048

【目的】为了满足入机流量需求,圆形喷灌机在实际应用中常用多台井泵并联供水,在喷灌机入机处安置井泵汇流装置,以调节流量和稳定水压。【方法】通过设计两井泵汇流装置,开展了汇流装置水力性能试验及数值模拟,研究了雷诺数和两进口汇流... 详细信息

【目的】为了满足入机流量需求,圆形喷灌机在实际应用中常用多台井泵并联供水,在喷灌机入机处安置井泵汇流装置,以调节流量和稳定水压。【方法】通过设计两井泵汇流装置,开展了汇流装置水力性能试验及数值模拟,研究了雷诺数和两进口汇流比(较小流量与较大流量之比值)对装置水力性能的影响。【结果】汇流装置的总水力损失模拟值与试验值较吻合,相对误差范围为0.5%～3.3%,且随雷诺数和汇流比均呈二次函数关系,当汇流比为0.8左右时,装置的总水力损失最小;两进口对应的局部阻力系数均不随雷诺数产生变化,但随汇流比变化趋势相反,当汇流比为0.2～1.0之间时,较大流量进口的局部阻力系数为1.16～1.31,较小流量进口的局部阻力系数为1.31～4.22。【结论】两井泵汇流装置结构及水力性能可用于圆形喷灌机灌溉工程设计和运行管理。

关键词：圆形喷灌机系统两井泵汇流装置数值模拟局部阻力系数汇流比

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插入式滴灌管局部阻力相邻影响研究

农业机械学报 2015年第11期46卷 187-194页

作者：王亚林朱德兰张林陈俊英刘柯楠西北农林科技大学中国旱区节水农业研究院陕西杨凌712100

为研究插入式滴头局部阻力间的相互影响，以φ16插入式滴灌管为研究对象，设置6种滴头间距进行灌水试验，同时采用CFD模拟并分析验证。在此基础上对φ20滴灌管进行了模拟研究。结果表明：滴头局部阻力相邻影响系数模拟结果与试验结果基... 详细信息

为研究插入式滴头局部阻力间的相互影响，以φ16插入式滴灌管为研究对象，设置6种滴头间距进行灌水试验，同时采用CFD模拟并分析验证。在此基础上对φ20滴灌管进行了模拟研究。结果表明：滴头局部阻力相邻影响系数模拟结果与试验结果基本吻合；滴头局部阻力相邻影响系数随滴头间距的减小而减小；滴头前后扰动范围和流速分布的变化是滴头局部阻力产生相邻影响的主要原因；滴灌设计中，当滴头间距小于0．5m时，应考虑滴头局部阻力间的相邻影响，相邻影响系数取值范围为0．9—1．0。

关键词：滴灌管插入式滴头局部阻力系数相邻影响系数数值模拟