本文關鍵詞：管道減壓實驗與表面活性劑流體流動特性數(shù)值模擬研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：城市供熱供冷管道及長距離輸送管道中添加表面活性劑可以降低管道內(nèi)的湍流阻力,從而降低系統(tǒng)泵的能耗,增加系統(tǒng)輸送效率。目前,對于表面活性劑減阻流體的研究多集中于直管流動,對于供熱系統(tǒng)中常見的彎管流動的研究比較匱乏。本文對表面活性劑流體在供熱系統(tǒng)中流動特性進行數(shù)值模擬研究。中低濃度的表面活性劑溶液具有剪切稀化的特性,因此采用Carreau-Bird模型對四種不同濃度表面活性劑溶液的剪切黏度隨剪切速率的變化規(guī)律曲線進行數(shù)值擬合,四種濃度表面活性劑溶液的擬合度分別為0.9428,0.9626,0.9958,0.9945,擬合度較高,說明采用Carreau-Bird模型對表面活性劑流體進行數(shù)值模擬具有可行性。供熱管網(wǎng)中運行壓力調(diào)度不當會造成管網(wǎng)運行壓力高低起伏變化,管網(wǎng)壓力過高不僅造成水資源與電能的浪費,甚至會造成管網(wǎng)的漏損。對于直連供暖系統(tǒng)中高層的高壓回水也需要進行減壓過渡為低壓流體。減壓裝置可以通過調(diào)節(jié)柵欄開度降低管道壓力。運用模型實驗減壓裝置的減壓效率進行計算。實驗結果表明:管道流量不變的情況下,減壓裝置的減壓效率隨著柵欄結構開度的增加而增加,在30°開度即內(nèi)外側柵欄中心對稱的情況下達到最大值。減壓裝置開度不變的情況下,其減壓效率隨著流體雷諾數(shù)的增加而降低。運用FLUENT數(shù)值計算軟件對水和不同濃度表面活性劑流體經(jīng)過減壓裝置以及供熱管道中的自然補償器與方形補償器等彎管組合進行數(shù)值模擬計算。結果顯示,表面活性劑流體流經(jīng)減壓裝置時降低了管道截面突變處的湍動能強度,并且對減壓裝置的減壓效果產(chǎn)生了7.47%~16.95%的抑制率,其抑制率隨著表面活性劑濃度的增加先增加后減少;表面活性劑流體經(jīng)過減壓裝置后端面后的速度恢復區(qū)長度比水要縮短10.67%~16.52%,充分說明表面活性劑流體能夠增強管道輸運能力。表面活性劑流體經(jīng)過補償器彎管段時減小了橫向二次流動以及渦旋強度,降低了能量損失。數(shù)值模擬結果表明,表面活性劑溶液的局部損失減少系數(shù)隨著其濃度的增加而先增加后減少,證明表面活性劑存在最佳的減阻濃度。表面活性劑流體流經(jīng)Z型補償器時的局部損失影響系數(shù)處于0.79~0.81之間,流經(jīng)三種方形型補償器時的局部損失影響系數(shù)處于0.62~0.68之間,表面活性劑流體的局部損失影響系數(shù)比水略大。流體進入方形補償器第三彎管段時其管道內(nèi)高速流核區(qū)覆蓋面積會隨著過渡直管段長度的增加而增加,并且向管道上方偏移;表面活性劑流體改變了管道內(nèi)的速度場分布,增加了管道內(nèi)高速流核區(qū)的覆蓋面積。
【關鍵詞】：減壓裝置 表面活性劑流體 數(shù)值模擬 剪切稀化模型 補償器 局部損失影響系數(shù)
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TU995;TV134
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 緒論11-16
• 1.1 研究背景及意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-15
• 1.2.1 減阻流體研究12-14
• 1.2.2 管道壓力調(diào)節(jié)研究14
• 1.2.3 管道流體數(shù)值模擬研究14-15
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容15-16
• 第二章 表面活性劑減阻機理與影響因素16-23
• 2.1 非牛頓流體類型16-17
• 2.2 非牛頓流體模型17-18
• 2.2.1 賓漢(Bingham)模型17
• 2.2.2 冪律模型17-18
• 2.2.3 Cross模型18
• 2.2.4 Carreau-Bird模型18
• 2.3 表面活性劑減阻機理18-20
• 2.4 表面活性劑減阻影響因素20-22
• 2.4.1 表面活性劑分子結構20
• 2.4.2 表面活性劑濃度20
• 2.4.3 溫度20-21
• 2.4.4 補償離子21
• 2.4.5 溶液中的金屬離子21
• 2.4.6 管道直徑21-22
• 2.5 本章小結22-23
• 第三章 供熱系統(tǒng)中的減壓裝置實驗23-32
• 3.1 引言23
• 3.2 減壓裝置模型23-25
• 3.3 實驗系統(tǒng)25-26
• 3.4 實驗方案26-27
• 3.4.1 柵欄結構開度變化26
• 3.4.2 流體雷諾數(shù)變化26-27
• 3.4.3 實驗流程27
• 3.5 實驗結果與分析27-31
• 3.5.1 減壓原理27-29
• 3.5.2 不同開度及雷諾數(shù)對減壓效率的影響29-31
• 3.6 本章小結31-32
• 第四章 表面活性劑流體數(shù)值模擬32-70
• 4.1 湍流模型與數(shù)值計算方法32-41
• 4.1.1 基本控制方程32
• 4.1.2 湍流模型32-34
• 4.1.3 雷諾平均模擬(RANS)34-36
• 4.1.4 CFD數(shù)值解法36-38
• 4.1.5 SIMPLIE算法38-41
• 4.2 減壓裝置數(shù)值模擬41-51
• 4.2.1 計算模型與網(wǎng)格劃分41-42
• 4.2.2 湍流模型與邊界條件42
• 4.2.3 數(shù)值模擬與模型實驗對比42-43
• 4.2.4 表面活性劑流體黏度模型43-51
• 4.3 自然補償器數(shù)值模擬51-63
• 4.3.1 物理模型51-53
• 4.3.2 湍流模型與邊界條件53
• 4.3.3 數(shù)值模擬結果與分析53-63
• 4.4 方形補償器數(shù)值模擬63-69
• 4.4.1 物理模型63
• 4.4.2 湍流模型與邊界條件63-64
• 4.4.3 數(shù)值模擬結果與分析64-69
• 4.5 本章小結69-70
• 第五章 結論與展望70-72
• 5.1 結論70-71
• 5.2 展望71-72
• 參考文獻72-76
• 致謝76-77
• 附錄77

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本文編號：308762