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导流条安放角度对管道车间断面螺旋流流速特性(2)
1.2 试验方案设计
1.2.1 试验工况
本文主要研究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,故以导流条安放角度为主要控制变量,以5°为间隔,选用5°、10°、15°、20°、25°五种导流条角度,导流条沿管道轴线的长度与管道车料筒的长度相同,导流条高度h=10 mm,导流条的个数为3。试验所选流量Q=40 m3/h。
图2 管道车结构示意图Fig.2 Schematic diagram of the piped carriage
注:θ为导流条安放角,(°);D为管道车直径,mm;L为管道车车长,mm。Note: θ is the setting angle of the guide bar, (°); D is the diameter of the piped carriage, mm; L is the length of the piped carriage, mm.图3 导流条安放角示意图Fig.3 Schematic diagram of the setting angle of the guide bar
1.2.2 测试断面及测点布置
在试验中,每次使用相同导流条安放角度的两个管道车进行测量,管道车之间相距150 mm,在两管道车之间设置3个测试断面,顺着水流方向依次为断面1#、2#、3#。其中2#测试断面位于1#和3#断面中点位置处。测试断面布置如图4a所示。每个断面的测点布置采用极坐标的布置方法,以管道轴心为圆心,每个测试断面上布有5个测环,12条测轴。测环以管道测试断面的圆心为圆心,半径分别为9、18、27、36、45 mm,测轴以管道测试断面的圆心为交点,相邻两条测轴之间夹角为30°。测环与测轴的交点即为测点,共61个测点。测点布置图如图4b。
图4 断面和测点布置示意图Fig.4 Schematic diagram of cross section and measuring point layout
2 结果与分析
2.1 管道车间螺旋流轴向流速分析
不同导流条安放角条件下管道车间断面的轴向流速分布如图5所示。图5可以看出:
1)在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。管道中水流流经管道后车进入车间断面时,由于管道车外壁安装导流条与支撑体,水流受导流条的引流作用与支撑体的阻碍作用,1#断面的轴向流速分布呈现靠近管壁处较大,其最大值能达到3 m/s,而在管轴中心处轴向流速值较小。随着水流流至2#断面,受管道后车导流条与支撑体的影响减少,水流逐渐开始发展,靠近管壁处流速较大的水流开始向管轴中心流动,2#断面管道壁面处的轴向流速值小于1#断面,而管中心处的轴向流速逐渐增大,低流速区域逐渐收缩,即图中中心蓝色区域面积逐渐减小。水流流过2#断面后,开始逐渐靠近管道前车支撑体,受管道前车支撑体的阻碍作用,3#断面水流轴向流速中心区域低速区开始向近壁处扩散,中心低速区在图中所占面积逐渐增加,而近壁处轴向速度较大的区域则呈120°对称分布,且3#断面中心区域的轴向流速值变化相对较小,轴向流速值大多集中在1~1.5 m/s之间。
2)整体来看,1#断面轴向流速值3#断面低,1#断面中轴向流速集中于中心的低流速区域较3#断面中心区域范围更大一些,1#断面近壁处的轴向流速与其中心区域轴向流速极差大,整体轴向流速分布在3个断面中最不均匀。
图5 不同导流条安放角条件下管道车间断面轴向流速等值线图Fig.5 Contour map of axial flow velocity in cross-sections between piped carriages under different setting angles for the guide bar
为更加直观反映导流条安放角度的变化对于管道车间断面螺旋流轴向流速值大小的影响,对管道车间断面范围内所有测点的轴向流速值进行分区间统计,区间步长选定为1 m/s,共设5个区间:(?1,0)、[0, 1)、[1, 2)、[2, 3)、[3, 4)。图6为管道车间断面的轴向流速随导流条安放角变化的百分比堆积柱状图,从图6中可以看出:
1)管道车间各断面的轴向流速值大致在(?1,4) m/s之间,且1#断面处的轴向流速值变化波动较大,在各个流速区间都占有比例,而沿水流方向,轴向流速值变化波动逐渐降低并趋于均匀化。3#断面处的轴向流速值最为均匀,轴向流速大多集中于[1, 2) m/s区间内。这主要是由于1#断面距离管道后车较近,受断面突然扩张和支撑体的扰动影响,水流流态变化剧烈,从而导致水流流速值变化波动较大,而水流在到达3#断面之前经过重新分布变化已经趋于稳定,从而使得该断面轴向流速分布趋于均匀化。
2)当导流条安放角一定时,管道车间断面范围内水流的轴向流速整体沿程增加,这主要是由于水流自管道后车所形成的环状缝隙流出时,由于断面的突然扩张,使得水流扩散进入车间区域,流线在环状缝隙出口处发生弯折,从而使水流产生了周向和径向的流速,因此轴向流速随之降低,而随着距管道后车距离的不断增加,水流受管道车端面的影响降低,流线也逐渐恢复平直状态,使得水流沿管道轴向的分速度逐渐增大,即轴向流速值增大。
文章来源:《水力采煤与管道运输》 网址: http://www.slcmygdys.cn/qikandaodu/2021/0613/572.html
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