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目前,运输的能源损耗、环境污染、交通拥堵等都是社会关注的重要交通问题,而传统的运输方式已不能满足人们日益增长的运输需求。筒装料管道水力输送技术的出现为物流运输方式提供了一个新的方向。本文依托国家自然科学基金项目“管道缝隙螺旋流水力特性研究”(51109155)、“管道列车水力输送能耗研究”(51179116)”和“山西省自然科学基金项目“筒装料管道水力输送下的同心环状缝隙螺旋流水力特性研究”(2015011067)”,以导流条安放角为主要控制变量,采用理论与模型试验相结合的方法,对不同导流条安放角条件下管道双车车间断面的螺旋流流速特性进行了研究。得出的主要结论如下:
(1)轴向流速方面:不同导流条安放角条件下,车间各断面的轴向流速分布趋势基本相同,均呈现扩散-收缩-再扩散的分布规律;圆管中间半径测环上,顺水流方向轴向流速整体增加,分布趋于均匀化的变化,并且轴向流速值的范围更加集中,其中紧贴管道后车支撑体的断面上轴向流速值极差大;相同导流条安放角条件下,沿程车间各断面的轴向流速在各个流速区间中增加,并且趋于均匀化;半径为18mm以内的测环,轴向流速总体保持小幅度波动,半径大于18mm以外的测环,随极轴角度的增加呈波峰波谷交替出现且峰值逐渐下降趋于平缓的变化。
(2)周向流速方面:对于同一断面而言,随着导流条安放角的增加,周向流速逐渐向正方向增加,周向流速的强度也在逐渐增加,增幅将近1m/s左右,导流条安放角的增大促进了车间断面周向流速的发展;不同导流条安放角下,车间各断面的周向流速百分比柱状堆积图呈阶梯状分布,导流条安放角的增加与周向流速增加呈正比关系,导流条安放角越大,周向流速在高流速区间分布所占比例越大;相同极轴角度下断面1#(紧贴管道后车支撑体)~断面3#(距管道后车支撑体75cm)中,周向流速随测环半径的增加呈先下降后增长至波峰然后再下降的变化趋势,并且随着导流条安放角的增加,周向流速的变化范围整体增加;沿程各个测环上的周向流速极差逐渐减小,周向流速趋于均匀化并且保持曲线波峰-波谷交替出现。
(3)径向流速方面:沿水流方向径向流速120°旋转对称分布逐渐明显,在距管道后车支撑体75cm的3#断面与距管道后车支撑体112.5cm处的4#断面中最明显,靠近管道后车支撑体断面与靠近管道前车支撑体的断面分布比较紊乱;与周向流速分布百分比柱状堆积图呈阶梯状增长的趋势不同,径向流速阶梯式增长趋势不明显,正值径向流速沿水流方向呈现先减小后增加的变化趋势,即车间断面径向水流由指向圆心方向发展居主导后逐渐转变为远离圆心方向发展居主导形式;导流条安放角增加时,随极轴角度的增加,径向流速的波峰和波谷在不同极轴上存在有整体偏移,偏移的极轴角度在30°左右。
(4)水流流量增加后,车间各断面的轴向流速得到促进,流速值范围扩大,并且不同极轴上测点轴向流速的变化幅度增加,波峰和波谷更加明显,随着导流条安放角的增加,轴向流速变化速率更大;圆管中流量的增加使得车间各断面的“流速缺口”更加明显,且沿着水流方向的“流速缺口”也在沿着正方向逆时针旋转,旋转角度大致为120°;流量的增加促使距管道后车支撑体75cm~150cm的断面中的轴向流速曲线随极轴角度的增加而出现WV相连波峰波谷交替的变化趋势更加明显。
本文的研究成果充实和完善了管道螺旋流理论研究,并且对于筒装料管道水力输送技术推广应用提供一定的理论参考。
(1)轴向流速方面:不同导流条安放角条件下,车间各断面的轴向流速分布趋势基本相同,均呈现扩散-收缩-再扩散的分布规律;圆管中间半径测环上,顺水流方向轴向流速整体增加,分布趋于均匀化的变化,并且轴向流速值的范围更加集中,其中紧贴管道后车支撑体的断面上轴向流速值极差大;相同导流条安放角条件下,沿程车间各断面的轴向流速在各个流速区间中增加,并且趋于均匀化;半径为18mm以内的测环,轴向流速总体保持小幅度波动,半径大于18mm以外的测环,随极轴角度的增加呈波峰波谷交替出现且峰值逐渐下降趋于平缓的变化。
(2)周向流速方面:对于同一断面而言,随着导流条安放角的增加,周向流速逐渐向正方向增加,周向流速的强度也在逐渐增加,增幅将近1m/s左右,导流条安放角的增大促进了车间断面周向流速的发展;不同导流条安放角下,车间各断面的周向流速百分比柱状堆积图呈阶梯状分布,导流条安放角的增加与周向流速增加呈正比关系,导流条安放角越大,周向流速在高流速区间分布所占比例越大;相同极轴角度下断面1#(紧贴管道后车支撑体)~断面3#(距管道后车支撑体75cm)中,周向流速随测环半径的增加呈先下降后增长至波峰然后再下降的变化趋势,并且随着导流条安放角的增加,周向流速的变化范围整体增加;沿程各个测环上的周向流速极差逐渐减小,周向流速趋于均匀化并且保持曲线波峰-波谷交替出现。
(3)径向流速方面:沿水流方向径向流速120°旋转对称分布逐渐明显,在距管道后车支撑体75cm的3#断面与距管道后车支撑体112.5cm处的4#断面中最明显,靠近管道后车支撑体断面与靠近管道前车支撑体的断面分布比较紊乱;与周向流速分布百分比柱状堆积图呈阶梯状增长的趋势不同,径向流速阶梯式增长趋势不明显,正值径向流速沿水流方向呈现先减小后增加的变化趋势,即车间断面径向水流由指向圆心方向发展居主导后逐渐转变为远离圆心方向发展居主导形式;导流条安放角增加时,随极轴角度的增加,径向流速的波峰和波谷在不同极轴上存在有整体偏移,偏移的极轴角度在30°左右。
(4)水流流量增加后,车间各断面的轴向流速得到促进,流速值范围扩大,并且不同极轴上测点轴向流速的变化幅度增加,波峰和波谷更加明显,随着导流条安放角的增加,轴向流速变化速率更大;圆管中流量的增加使得车间各断面的“流速缺口”更加明显,且沿着水流方向的“流速缺口”也在沿着正方向逆时针旋转,旋转角度大致为120°;流量的增加促使距管道后车支撑体75cm~150cm的断面中的轴向流速曲线随极轴角度的增加而出现WV相连波峰波谷交替的变化趋势更加明显。
本文的研究成果充实和完善了管道螺旋流理论研究,并且对于筒装料管道水力输送技术推广应用提供一定的理论参考。