学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

弯头耦合三通降阻PIV实验及CFD研究

作　者: 陈磊
导　师: 李安桂
学　校: 西安建筑科技大学
专　业: 供热、供燃气、通风及空调工程
关键词: 弯头 T型三通近距离耦合 CFD 减阻粒子图像测速技术(PIV)
分类号: TU83
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 198次
引　用: 2次
阅　读: 论文下载

内容摘要

弯头与三通近距耦合是暖通空调及其它管网系统中常见的现象,局部构件互相耦合使得管网系统流动复杂,阻力计算难度加大,管网运行稳定性差,这直接影响到管道动力设备的选型、能源消耗、运行费用、管网系统安全运行,因此,管道减阻设计具有重要的工程意义。本文利用PIV试验及CFD模拟手段对添加减阻件前后内径为32mm,弯头与T型三通之间耦合长度为1.128倍管径情况下的弯头与三通近距耦合管内流动进行研究,并对添加减阻件前后合流工况7种不同流速比的模拟与实验结果进行对比分析,验证了本文计算模型的准确性,并在此基础上对减阻件进行优化,结合物理减阻技术在不同领域的应用情况,设计出8种不同的减阻件形式,应用于管内流动,并对其进行合流、分流工况下的数值计算,将结果进行了对比分析。研究结果表明:（1）PIV可以成功应用于管道内流场的测量,揭示流场结构,为设计减阻方案、揭示减阻机理提供指导。SST k-w湍流模型能够准确模拟直管段及弯头与三通近距耦合管内流动,CFD与PIV流场分布近似,CFD与PIV的最大误差在15%以内。（2）减阻的机理在于延缓和推迟边界层的转折和分离,抑制流体流经弯头与三通时的扩散与收缩效应,减小流动汇合和分离损失,抑制涡流的产生与发展,减少能量耗散,使流场更加平稳。由于不同工况下管内流动状态不同,因此减阻件的减阻效果随流动工况的变化而变化,如果减阻件与工况匹配较好,则会收到较大的减阻效果。如果工况不匹配,则减阻件的添加很可能会增加管道阻力损失。（3）在实验用楔形减阻件外形的基础上,通过变化减阻件管道最大径向距离对合流工况进行模拟计算表明:对于工程常用流动工况范围,减阻件的最大管道径向距离不宜超过管道的直径的1/4。（4）未添加减阻件时,本文模拟数据与Eurovent实测T型三通阻力系数及Gardel回归模型计算出的T型三通阻力系数随两支管流速比变化趋势相同,但具体数值相差较大,与张新记给出的阻力系数相差较小,从另一个方面验证了本文模拟的有效性。（5）通过对8种不同类型减阻件减阻效果分析表明:1)对于合流工况局部阻力系数ζ₁3,在流速比V_m1/V_m3<1的工况下,减阻件Ⅷ的减阻效果最好,减阻率处于17.18%～47.61%之间;在支管2流速为零的工况下不适合添加减阻件。2)对于合流工况局部阻力系数ζ₂3,减阻件X的减阻效果较优,不同工况下的减阻率处于0.33%～141.30%之间。3)对于分流工况局部阻力系数ζ₃1,减阻件Ⅵ在流速比V_m1/V_m3<0.8的条件下有较好的减阻表现,减阻率处于12.73%～23.89%之间。流速比V_m1/V_m3>0.8的工况下,大部分减阻件的添加起到了增阻的作用。4)对于分流工况局部阻力系数ζ₃2,在流速比V_m1/V_m3>0.5的工况下减阻件减阻效果不明显,部分减阻件的添加甚至出现了增阻现象;在流速比V_m1/V_m3<0.5的工况下,减阻件X有较好的减阻表现,减阻率处于10.21%～17.90%之间。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-11
1 绪论  11-29
  1.1 研究的背景及意义  11-12
  1.2 弯头与三通局部阻力损失成因  12-16
    1.2.1 弯头局部阻力损失成因  12-14
    1.2.2 三通局部阻力损失成因  14-16
  1.3 国内外研究现状  16-27
    1.3.1 管道局部阻力损失研究现状  16-19
    1.3.2 减阻技术研究现状  19-23
    1.3.3 减阻技术在社会生活领域的应用  23-27
  1.4 本课题主要研究内容  27-29
2 2DPIV 实验设计  29-38
  2.1 PIV简介  29-34
    2.1.1 PIV的基本原理  29-31
    2.1.2 PIV系统的组成  31-33
    2.1.3 PIV测量遵循的准则  33-34
  2.2 实验模型建立  34-35
  2.3 2DPIV实验方案  35-38
    2.3.1 实验对象  35-37
    2.3.2 实验仪器  37-38
3 CFD数值模拟  38-49
  3.1 FLUENT 软件简介  39
  3.2 网格划分  39-40
    3.2.1 网格种类  39-40
    3.2.2 网格独立解  40
  3.3 FLUENT 求解技术  40-43
    3.3.1 求解器的选择  40-42
    3.3.2 离散格式的选择  42-43
  3.4 湍流模型  43-47
  3.5 近壁区处理  47-49
4 模拟有效性验证  49-59
  4.1 沿程阻力损失有效性验证  49-51
    4.1.1 CFD 模拟设计  49-50
    4.1.2 数据处理及分析  50-51
  4.2 PIV 实验与 CFD 模拟结果对比分析  51-58
    4.2.1 CFD 模拟设计  51-52
    4.2.2 PIV 实验与 CFD 模拟数据处理分析  52-58
  4.3 本章小结  58-59
5 弯头与三通近距耦合减阻件优化 CFD 研究  59-88
  5.1 关于减阻件最大径向距离  59-64
    5.1.1 模型设计  59-60
    5.1.2 结果分析  60-64
  5.2 优化减阻件外形结构研究  64-86
    5.2.1 减阻件外形结构设计  64-67
    5.2.2 结果处理及分析  67-86
  5.3 本章小结  86-88
6 结论及展望  88-90
  6.1 结论  88-89
  6.2 展望  89-90
致谢  90-91
参考文献  91-96
附录  96-98

弯头耦合三通降阻PIV实验及CFD研究

内容摘要

全文目录

相似论文