管道縫隙螺旋流水力特性研究

《管道縫隙螺旋流水力特性研究》是依託太原理工大學，由李永業擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：管道縫隙螺旋流水力特性研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李永業
• 依託單位：太原理工大學

項目摘要

管道列車水力輸送是一種低能耗、無污染、運行平穩、安全可靠的管道水力輸送新方法。管道縫隙螺旋流作為管道列車水力輸送中的一種特有現象，對其水力特性進行研究，不僅有利於更好的分析管道列車水力輸送的能耗及水力特性，而且更有利於該技術的推廣套用。因此，本項目將對其水力特性進行研究，主要內容有：不同管道列車與管道間的環狀縫隙寬度條件下的水力特性研究；管道列車車體間不同間隔縫隙長度條件下的水力特性研究；通過試驗，分析管道列車運行速度、水流速度、輸送荷載和能耗之間的關係，並進一步對管道列車的輸送效率進行研究，尋求最優的管道列車水力輸送技術參數；通過理論分析，建立管道縫隙螺旋流運動的數學模型，進行數值模擬，並進行試驗驗證。本項目的研究將豐富縫隙螺旋流理論及其套用，為管道列車水力輸送的進一步技術問題研究提供依據。

結題摘要

管道列車水力輸送是一種節能環保的管道水力輸送新方法。本項目主要對管道列車水力輸送中特有的管道縫隙螺旋流水力特性進行了研究。通過研究發現：不同環狀縫隙寬度下，縫隙螺旋流的壓力都沿程下降。同一斷面縫隙螺旋流壓力從管道列車外壁到管道外壁逐漸增大，而且環狀縫隙寬度越小，壓力分布就越密集，壓力梯度變化就越大。當環狀縫隙寬度為20mm時，斷面軸向速度分布均勻性較好。周向速度在各環狀縫隙寬度情況下均呈現分布不均勻性。管道列車的運行能耗隨著環狀縫隙寬度的增大呈現先減小後增大的趨勢。說明管道列車運行的合理環狀縫隙寬度在15cm左右。隨著管道列車車體間距的增大，環隙螺旋流軸向速度的梯度逐漸變得均勻，軸向速度分布趨於穩定。在車體間距為50cm和80cm情況下，環隙螺旋流軸向流速從管道內壁到管道中心呈現逐漸增加趨勢；而當車體間距為20cm時，環隙螺旋流軸向流速沿管道內壁到管道中心呈現不均勻變化的趨勢。徑向流速分布隨著間距的增大，呈現先密集後稀疏的分布特徵。車體間距為80cm和50cm的環隙斷面徑向流速分布較為相似，而車體間距為20cm的管道列車環隙斷面徑向流速分布與前兩者有所區別，表明了車體間距的影響範圍小於50cm。隨著車體間距的增大，車間環隙斷面周向流速分布的密集區域越來越明顯。車體間距為20cm下，車間環隙斷面周向速度分布最為均勻，流速梯度最小，車體間距為50cm的次之，車體間距為80cm最不均勻，流速梯度最大。不同車體車間距條件下管道內水流的壓力分布基本一致，都是逐漸下降的，管道水流在經過前一個管道車時的壓降比水流經過後一個管道車時的壓降小。隨著車體間距的增大，管道列車的運行能耗呈現先減小後增大的趨勢，當車體間距為50cm時，運行能耗最小，其增幅亦最小；當車體間距為80cm時，運行能耗最大，且其增幅也最大。說明管道列車運行的最佳間距在35cm~50cm之間。通過理論分析與試驗研究建立了管道縫隙螺旋流運動的數學模型，並對管道列車在不同環狀縫隙寬度和不同管道列車車體間距下的動邊界管道縫隙螺旋流進行了數值模擬，並進行了試驗驗證。驗證發現模擬結果的流速分布變化趨勢與試驗所得到結果基本一致的，最大相對誤差不超過8.6%。說明模擬結果是正確的。本項目的研究豐富了縫隙螺旋流理論及其套用，為管道列車水力輸送的進一步技術問題研究提供依據。