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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(6)
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。
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:
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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