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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(3)
3)从1#断面~3#断面,随着车间断面与管道后车支撑体距离的增加,负值轴向速度呈现先减小至消失后又出现的变化趋势。这主要是由于1#断面受管道车车体扰流影响,在其附近有涡旋产生,从而使得轴向流速出现负值,而2#断面处在管道车间中部位置,受管道车车体扰流影响较小,因此轴向流速均沿水流方向,而当水流到达3#断面时,部分水流受管道前车端面的阻挡作用而使流速发生转向,从而使得轴向流速逆水流方向而出现负值。
图6 管道车间断面轴向流速百分比堆积柱状图Fig.6 Stacked histogram of axial velocity percentage in cross-sections between piped carriages
2.2 管道车间断面螺旋流径向流速分析
不同导流条安放角条件下管道车间断面的径向流速分布如图7所示。规定径向流速沿管道半径指向圆心为负,背离圆心为正。由图7可以看出:
1)随着导流条安放角度的增加,管道车间断面上的径向流速逐渐呈现120°旋转对称分布,大约在60°、180°与300°极轴方向,径向流速为正值且数值较大;在导流条安放角为0°、120°、240°极轴方向径向流速值偏小。这主要是由于管道车的支撑体是120°旋转对称分布的,当水流流经管道车的导流条与支撑体时,水流受到强制导向作用力而产生螺旋流,使得与支撑体相重叠的极轴方向产生径向流速。
图7 不同导流条安放角条件下管道车间断面径向流速等值线图Fig.7 Contour map of radial flow velocity in cross-sections between piped carriages under different setting angles for the guide bar
2)导流条安放角为10°、15°、20°时,管道车间断面径向流速旋转对称分布较为明显,导流条安放角为5°和25°时的管道车间断面径向流速旋转对称分布不明显。
3)相较于轴向流速值而言,径向流速值要小的多,两者最大相差两个数量级。不同导流条安放角下1#和2#断面的径向流速负值区域较大,而3#断面的径向流速值基本都为正,且该断面的径向流速值变化相对较小,即径向流速分布相对均匀。这主要是由于水流自环状缝隙流出之后,产生向管道中心流动的趋势,从而造成1#和2#断面处的径向流速指向管道圆心,而当水流到达3#断面后,水流将逐渐进入管道前车形成的环状缝隙,此时水流产生向管道壁面运动的趋势,从而造成该断面处的径向流速方向为背离圆心。
为分析导流条安放角度的变化对于管道双车车间断面螺旋流的径向流速的影响,将径向流速设置步长为0.5的区间,设置4个区间:(?1, ?0.5)、[?0.5, 0)、[0, 0.5)、[0.5, 1)。统计各断面中所有测点的径向流速在不同流速区间中所占的百分比。图8为管道车间断面径向流速随导流条安放角增加的百分比堆积柱状图,从图8中可以看出:
1)不同导流条安放角下车间各个断面的径向流速在(?1, 1)m/s内变化波动,且1#断面处的径向流速值变化波动最为剧烈,这主要由于1#断面位于环状缝隙出口处,水流自环状缝隙流出时会发生类圆柱绕流现象,从而在车间形成一个尾涡区,而1#断面正好位于尾涡区范围内,因此径向流速变化波动较大,同时加上支撑体对1#断面附件水流的扰动,使得径向流速的变化波动更加剧烈。而2#断面的径向流速值变化波动最小,这主要是由于该断面附近水流受管道车的影响相对较小,水流流态逐渐稳定,水流流线几乎平行于管道轴线,从而造成沿径向的分速度逐渐减小且趋于稳定。而3#断面距离管道前车较近,受管道前车端面和支撑体的影响,水流在该断面附近再次发生扰动,水流流态不再稳定,径向流速波动增大。
2)对于同一断面而言,径向流速值并未随着安放角的增大发生较大变化,即导流条安放角对管道车间断面径向流速值的变化影响较小,同时与轴向流速分布进行对比发现,径向流速在车间区域的变化程度不如轴向流速变化的剧烈,即导流条对径向流速的影响程度要小于轴向流速。
图8 管道车间断面径向流速百分比堆积柱状图Fig.8 Stacked histogram of radial velocity percentage in cross-sections between piped carriage
2.3 管道车间断面螺旋流周向流速分析
不同导流条安放角条件下管道车间断面的周向流速分布如图9所示。规定沿圆周切线逆时针方向为周向流速的正方向,沿圆周切线顺时针方向为周向流速的负方向。由图9可以看出:
1)同径向流速分布类似,随着导流条安放角度的增加,周向流速也呈现120°旋转对称的分布趋势,在0°、120°、240°极轴方向上存在周向流速值较大的区域。这主要是由于管道车车体上存在导流条,导流条的作用使得流经管道车壁面附近的水流产生周向速度,从而使得该区域附近的周向流速值增大。
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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