论文部分内容阅读
齿墩状内消能工是新提出的一种内消能工形式,相对于传统的内消能工,其既保证了较大的过流能力,又保证了一定的消能率,是一种很有潜力的内消能工,对其研究意义重大。前期已对此内消能工形式的水力特性进行了物理模型试验,分析了齿墩数目以及面积收缩比对其消能特性、压强特性及流速特性的影响,本文在此基础上,采用目前广泛应用的紊流数值模拟计算软件包—Fluent软件对其进行数值模拟研究,分析了不同齿墩长度对齿墩状内消能工的水头损失系数、消能率、壁面时均压强系数沿程分布规律、断面压力云图分布以及流速矢量分布的影响,通过分析得出的主要结论如下:1.不同流量下,不同齿墩长度的齿墩状内消能工的水头损失系数相差不大,变化规律大致相同,可见流量对水头损失系数的影响不大。2.在相同流量下,水头损失系数大约在1.37~1.63之间变化,说明齿墩段相对长度η(η为齿墩长度L与圆管直径D的比值)对水头损失系数的影响不大。当η=0.5时,水头损失系数最小,其消能率最低;而当η=0.1时,水头损失系数最大,其消能率最高。3.在所研究的流量及η范围内,当η一定时,随着管道内流量的增大,齿墩状内消能工的消能率也增大。4.同一流量下,随着η的增大,消能率先是降低,再上升,随后逐渐趋于稳定。流量越大,消能率的降低幅度越大,降低幅度在14%到25%之间。当η为0.5时,消能率达到了最小值。5.不同齿墩长度的齿墩状内消能工的壁面时均压强系数沿程的变化规律大体一致,都是在齿墩段前相对稳定,在齿墩进口处骤然下降,在齿墩段内保持缓慢下降趋势,最小值出现在齿墩出口的位置处,然后在齿墩段后逐渐上升,直到恢复到稳定状态。6.不同齿墩长度的齿墩状内消能工的纵剖面压力云图分布情况大体一致,压强在水流将要进入齿墩段时出现紊乱,在齿墩正前方靠近边壁直角区域存在高压区,而在齿墩进口处水流压强减小,压强最小点出现在距齿墩段进口约0.1D处,在突缩段两侧均出现低压区,且沿上下边壁对称分布,齿墩段内压强分布均匀,在齿墩正后方靠近边壁直角区域存在低压区,且整个计算区域未出现负压,空化特性良好,随着Z/D(Z为沿管轴线方向)的继续增加,压力又渐渐恢复了均匀。7.在齿墩段前的突缩区域,流线出现强烈的弯曲变形,流线受到迅速挤压,流速显著增大。进入齿墩段后,流线变密,数值增大,随后进入突扩段,流速在齿墩正后方靠近边壁的直角区域与管道中心部分的主流束之间形成分离区和回流区,随着Z/D的继续增加,断面流速又渐渐恢复了均匀。8.齿墩长度的变化对低压回流区影响不大,随着η的增加,低压回流区的长度略微变短。