分集水系统在能源、化工、环境等工程中得到了广泛应用。分集水器以其特殊的构造在系统中起着‘承上启下’的作用,其作为系统管路的枢纽,影响着系统管路的流量分配以及压力分布。因此,分集水器的选型和设计对系统的运行效率和使用寿命至关重要。此外,分集水器作为系统的一部分,可以看作多个三通的耦合结构,与系统中诸多的弯头、三通等局部构件共同分担系统的能量损失。所以对于该结构的特性分析和优化研究具有重要的意义。对分集水器的流量特性进行了CFD模拟,并给出了分集水器的设计建议。采用理论分析和数值模拟相结合的方法,研究了异形构造的分集水器,得到一种流量与减阻的协同的分集水器结构。研究结果表明:1.分水器出水支管总面积与进水总管面积比AR、支管数N和倒圆角R对流量分布的影响显著,管间距l和Re数对流量分配影响较弱。当AR接近1时分水器的流量分布更趋于均匀(规范给出的分水器的规格范围是1~3)。2.对分水器进行CFD研究,提出分水器的几种改进方案,得到优化设计方案,提高并联管路的流量分配均匀性,降低系统的阻力,结果表明:(1)以集箱直径为40mm、支管直径为25mm、支管数为4的分水器第一支路为例,在第一根支管旁通处添加不同长度的直插式导流片以及不同弦长的对称机翼型导流片,发现当长度为2d的直导流片和弦长为2d的机翼型导流片的三通旁通减阻效果较好,分别为12.6%和9.29%。(2)不同面积比和流量比下,添加不同导流片的T型分流三通减阻,当流量比Q_σ/Q_c<0.3,面积比F_σ/F_c<0.4时添加导流片,减阻效果达4%-10%。(3)T型分流三通直通和旁通衔接面倒圆角时,当流量比Q_σ/Q_c≤0.4时,随着流量比的增加减阻效果逐渐增加,这是因为随着流量比的增加三通处的回流区域减小,由于边界层分离造成的阻力减小。当流量比Q_σ/Q_c>0.4且Q_σ/Q_c<0.6时,倒圆角的减阻率趋于稳定,即边界层分离造成的阻力趋于稳定。当流量比Q_σ/Q_c>0.6,三通倒角减阻效果减缓,说明随着支管流速的增加流体与壁面碰撞造成的局部阻力增加。(4)以直径为40mm、支管间距为25mm、支管数为4的分水器为例,在第一和第二支管处添加长度为2d的直导流片,以及在第一根支管三通处倒抛物线能够使分水器的流量更加均匀分配,流量不均匀率降低到5%以下,分水器系统阻力能够降低34%。3.将三通的减阻策略应用于传统集水器系统中,分别对集水器的几种改进方案进行了研究,得到优化设计方案,结果表明:(1)以集箱直径为40mm、支管直径为25mm、支管数为4的集水器末端支路为例,在末端支管旁通处添加合适的速度分配器,三通旁通的减阻效果较好,减阻率为20.32%。(2)以集箱直径为40mm、支管直径为25mm、支管数为4的集水器末端支路为例,一、二、三、四支管三通处倒角,四支管同时添加速度分配器,系统减阻效果较好,能够达到30%,但是系统的流量偏差依旧较大。4.作者探索了6种异形结构的分集水器:非对称‘卜’形、对称‘卜’形结构、交叉‘卜’形结构、非对称‘镰刀’形结构、对称‘镰刀’形结构以及对称‘树状’形结构。研究表明,对称‘镰刀’形结构和对称‘树状’形结构的分水器流量更加均匀,流量不均匀率降低到5%以下,系统减阻效果较好,能够达到61%。对称‘卜’形结构和对称‘树状’形结构的集水器流量更加均匀,流量不均匀率降低到1%以下,系统减阻效果较好,能够达到64%。