流固耦合作用对筒装料管道车水力输送内部流场特性的影响

为了进一步分析流固耦合作用对筒装料管道水力输送内部流场特性的影响,采用商用ANSYS Fluent 12.0软件对管道流体域与管道车固体域进行联合求解,并将耦合计算的模拟值与试验值进行对比。管道流体域非稳态计算采用雷诺时均动量方程和RNG k-ε湍流模型,管道车固体域瞬时速度与位移的耦合计算采用结构动力学方程。结果表明:模拟值与试验值基本吻合,且管道车运移时瞬时速度、脉动压强、流速分布以及压强分布的最大相对误差分别不超过1.43%、3.16%、5.28%和1.64%,得到采用流固耦合方法求解筒装料管道水力输送的内部流场特性是可行的;随着径长比的增加,管道车车前近壁面区域的轴向流速、径向流速与压强的影响范围增大,涡量幅值的影响范围减小,周向流速的影响范围呈先减小后增大;管道车下游流场的能量耗散与能量转化共同引起了管道车车前近壁面区域出现了低压区,而能量转化使得管道车下游流场的压强又再次回升;管道车的时均压降系数随着径长比的增加呈先减小后增大,且径长比为0.7的管道车时均压降系数最小。该文的研究将为管道车的结构设计与动力学机理分析提供理论参考。     

旋流器结构参数对同心环状缝隙螺旋流影响

旋流器与管道所形成的同心环状缝隙空间会因其结构参数的变化而产生差异，空间结构的变化会对环状缝隙螺旋流流场产生影响，进而影响旋流器的起旋效率。为明确旋流器结构对环状缝隙螺旋流的影响，进行了结构参数（直径×长度）为70 mm×100 mm、70 mm×150 mm、60 mm×150 mm³种旋流器所形成的同心环状缝隙螺旋流三维流速试验。试验结果表明：旋流器结构参数的变化并未改变环状缝隙螺旋流三维流速的整体分布规律，只是对轴向、径向和周向流速的大小和离散程度产生了影响，且旋流器结构参数的变化对径向、周向流速的影响较大。对于长度相同的两旋流器，直径由60 mm增大至70 mm后，各断面轴向、周向平均流速与流速波动增大，而径向平均流速降低，但流速波动增大；对于直径相同的两旋流器，长度由100mm增大至150 mm后，轴向平均流速增大，而流速波动降低，径向、周向平均流速与流速波动均逐渐增大。旋流器直径对水头损失、起旋效率的影响要远大于长度，当直径由60 mm增大至70 mm后，水头损失与起旋效率均增大；在本试验条件下结构参数为70 mm×100 mm的旋流器起旋效率最高，即旋流器的较优结构参数为70 mm×100 mm。该研究成果可为旋流器的选型以及结构优化提供一定的参考。     

导流条安放角度对管道车间断面螺旋流流速特性的影响

为分析筒装料螺旋流管道水力输送的能耗问题,该研究以导流条安放角为主要控制变量,采用理论分析与模型试验相结合的方法,研究了不同导流条安放角条件下管道车间断面的螺旋流流速特性。结果表明：不同导流条安放角条件下,管道车间断面的轴向流速分布趋势基本相同,均呈现先由管壁向内扩散,再由管轴线向外扩散的分布特征,且管道车间各断面轴向流速值整体较大,最大值达到3 m/s。不同导流条安放角下车间断面的径向流速基本在−1～1 m/s之间波动,且径向流速值为0的区域相对较大;随着导流条安放角度的增加,管道车间断面的径向流速逐渐呈现120°旋转对称分布,且在0°、120°与240°极轴方向上径向流速值较小。相较于轴向和径向流速,周向流速受导流条安放角的影响最大,且周向流速强度随导流条安放角的增大而增大,最大值能达到1.5 m/s。同时随着导流条安放角的逐渐增大,沿圆周断面呈逆时针旋转的周向速度增加;同径向流速类似,随着导流条安放角的增加,管道车间断面的周向流速也逐渐呈现120°旋转对称分布,但在0°、120°与240°极轴方向上周向流速值反而较大。该研究不仅完善了管道螺旋流理论,而且可为筒装料管道水力输送技术的推广应用提供理论参考。     

导叶长度对囊体间断面螺旋流流速特性的影响

为研究囊体表面的导叶长度对囊体管道水力输送特性的影响,该研究以导叶长度为控制变量,通过物理模型试验对囊体间断面的螺旋流流速特性进行了研究。结果表明：不同导叶长度下囊体间各断面的轴向流速分布基本相同,从轴心处沿径向呈现先增大后减小的变化趋势,且随着导叶长度的不断增长,囊体间各断面轴向流速的波动减小,轴向流速分布更加均匀。不同导叶长度下囊体间沿程各断面的周向流速梯度均呈现出先减小后增大的变化趋势,而周向速度最大值和最小值均出现在靠近上游囊体的区域,且周向流速随导叶长度的增加而增大,最大值能达到1.2 m/s。不同导叶长度下,靠近上游囊体区域的径向流速梯度最大,而囊体间中部断面的径向流速梯度较小,且随着导叶长度的增长,同一断面的径向流速分布逐渐趋于均匀。不同导叶长度下,同一测环上的轴向、周向和径向流速均呈现波浪状分布,其分别在–1.2～3.5、–0.6～1.2和–1.6～1.2 m/s之间波动。且受囊体支脚的影响,轴向、周向以及径向流速值在测轴为60°、180°、300°位置处均出现极值。该研究成果可为囊体管道水力输送的优化设计提供理论依据。     

不同挡流板形式紫外线消毒仪杀菌效果模拟

为优化挡流板形式以提高营养液循环利用前的杀菌效率,该文提出了2孔-圆环、2孔、4孔-圆环、4孔、4孔-4孔交错单一布置型和组合型5种不同的消毒仪内部挡流板改进方案,并利用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)进行数值模拟和分析,结合径向辐射模型计算得出病菌在不同消毒仪内运动过程中受到的辐射剂量值。结果表明加装4孔型挡流板时,颗粒在消毒仪内绕流过程中受到的辐射剂量最小值、平均值比改进前的截去挡流板顶端或底端部分型挡流板分别提高33.4%、4.2%,变异系数减小0.07。与其他改进方案相比,4孔型对应的颗粒辐射剂量最低值最大,变异系数最小,分布更加集中合理,表明4孔型挡流板优于改进前和其他几种改进方案。该文结果可为优化消毒仪内部结构和提高杀菌效果提供理论依据。     

池塘养殖跑道流场特性数值模拟及集污区固相分布分析

为探索池塘工程化跑道式循环水养殖系统中养殖区跑道内流场分布及集污区固相颗粒分布特征,该文以稠密离散相模型对养殖系统进行流速仿真,并对9组0.03～2.00 mm不同颗粒直径的总悬浮固体颗粒进行数值模拟。结果表明：养殖跑道内水流处于缓流状态,在水面区域形成的高速流场受重力和惯性作用沿养殖跑X轴方向由液面向底部下扫推进,推进到底部后流场趋于稳定。下扫推进过程中在前挡水墙与底部之间形成固有回流区,回流区特征长度与推水口平均流速呈线性关系。固相颗粒在养殖跑道对应的集污区里呈“U”形沉积分布,其中直径大于1.30 mm的固相颗粒沉积率在85%以上,直径小于0.60 mm的沉积率在44.13%以下,总沉积率为37.77%。研究表明,使用DDPM模型可初步评估池塘工程化跑道式循环水养殖系统设计对固相颗粒沉积的影响,系统中集污区对直径0.60～2.00 mm固相颗粒的沉积效果显著。