管道倾角和壁面粗糙度对高速运动液体段塞脱落率影响的数值模拟研究

作     者：侯庆志 范怀诚 苏志伟 陈西凤 宋友煦 康竞澜 刘宇宁 HOU Qingzhi;FAN Huaicheng;SU Zhiwei;CHEN Xifeng;SONG Youxu;KANG Jinglan;LIU Yuning

作者机构：天津大学建筑工程学院天津300350 青海民族大学土木与交通工程学院青海西宁810007 中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司四川成都611139 重庆水轮机厂有限责任公司重庆402238 

基　　金：国家自然科学基金项目(52079090) 青海省应用基础研究计划项目(2022-ZJ-704) 

出 版 物：《水利水电技术（中英文）》 (Water Resources and Hydropower Engineering)

年 卷 期：2022年第53卷第12期

页      码：65-71页

摘      要：当对复杂地形条件下的输水管道系统进行维护时,流体会在低洼处汇集形成液体段塞。系统重启时,在上游驱动压力作用下,段塞将不断被加速。受到诸如管道倾角、壁面粗糙度等因素的影响,液体会从高速运动的段塞中脱落,导致段塞质量和长度发生变化。针对高压气体作用下管道内单个高速运动段塞的质量脱落问题,采用VOF两相流技术,通过三维CFD数值模拟试验,绘制了不同工况下液体段塞脱落长度与运动距离之间的关系曲线,研究了管道倾角以及壁面粗糙度对液体段塞脱落率的影响。结果表明:不同管道倾角下,液体段塞脱落率为一常数;随管壁粗糙度的增大,液体段塞脱落率以幂指数形式增大,直至逼近于某一常数。此外,从液体脱落的角度解释了段塞运动距离超过6倍段塞初始长度时,段塞会因全部液体脱落而发生破碎的现象。研究成果可为复杂地形条件下输水管道的系统设计提供理论指导。

主 题 词：段塞流 脱落率 三维CFD模型 管道倾角 壁面粗糙度 

学科分类：080103[080103] 08[工学] 080104[080104] 081502[081502] 0815[工学-矿业类] 0801[工学-力学类] 

D　O　I：10.13928/j.cnki.wrahe.2022.12.007

馆 藏 号：203118029...