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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(7)
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。
2)车间各断面周向流速在半径为27 mm的测环上发展较为充分,周向流速值偏大。在圆心处及近管壁处周向流速值偏小。近壁处水流受到管壁的黏滞作用,使得周向流速发展受到抑制。
3)各个断面圆心处的周向流速以负方向流速居主导位置,流速数值偏小,基本在0附近波动。同轴向流速相比,周向流速值较小,但是周向流速值要大于径向流速值,即导流条对周向流速的影响程度要大于径向流速。
4)随着导流条安放角的增加,周向流速值正值区域不断增大,即周向流速沿逆时针方向的区域不断增大,同时随着导流条安放角的不断增大,周向流速的强度也在逐渐增加,周向流速值最大可以达到1.5 m/s,说明导流条安放角的增大促进了车间断面周向流速的发展。
为分析导流条安放角度的变化对于管道车间断面螺旋流的周向流速的影响,与径向流速相似,同样设置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周向流速在不同流速区间中所占的百分比。图10为不同导流条安放角条件下管道车间断面的周向流速在流速区间分布的百分比堆积柱状图。由图可以看出:
1)不同导流条安放角条件下,管道车间断面周向流速百分比柱状堆积图呈阶梯状分布。对于同一断面而言,随着导流条安放角的增加,在(?1,0.5) 这一区间内的周向流速占比逐渐减小,而在[0.5,1) 这一区间内的周向流速占比逐渐增加,即导流条安放角的增加与周向流速的增加呈正比关系,导流条安放角越大,周向流速在高流速区间的分布所占比例越大,但随导流条安放角的增加沿圆周切线顺时针方向周向流速占比逐渐减小。对比管道车间断面的轴向和径向流速值变化可以看出,导流条安放角的变化对周向速度影响最大。
2)同轴向和径向流速分布变化相类似,当导流条安放角一定时,1#断面处的周向流速值变化波动最大,而3#断面的周向流速值变化波动最小。这主要是由于1#断面处在尾涡区附近,使得流速变化比较剧烈,而3#断面远离尾涡区,水流流态相对稳定,相应的周向流速分布也趋于稳定。
综合全文分析,实际应用时,合理的导流条安放角范围应选择在10°~20°之间。
图9 不同导流条安放角条件下管道车间断面周向流速等值线图Fig.9 Contour map of circumferential velocity in cross-sections between piped carriages under different setting angles for the guide bar
图10 管道车间断面周向流速百分比堆积柱状图Fig.10 Stacked histogram of circumferential velocity percentage in cross-sections between piped carriages
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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