导流片对弧度弯管输水性能影响的数值模拟

迪恩涡流及螺旋流作为管路中常见的湍涡结构,虽然具有相似的传热传质等功能,但迪恩涡流易引发管路系统振荡,对有压输水管路系统安全产生巨大威胁。通过前人的物理模型试验建立了管径D=50 mm,曲率半径为2.8 D的弯管管路系统,并根据试验数据验证了数学模型。基于模型管段设计了27种导流片组合用以形成螺旋流,模拟了管内多尺度涡流结构,重点分析了涡流在弯管段及出口直管段的流速、压强和湍动能分布。模拟结果表明:涡流的湍动能及湍流强度对管路系统存在不同程度的影响,弯管管路系统的输水能力在湍动能较大、湍流强度较低的条件下相对较高;螺旋流强度对弯管的输水效率及管路系统的安全性影响显著,当管路进口流速V=1.5 m/s时,弯管管路系统在导流片(个数N=8个、高度H=15 mm、偏转角度θ*=60°)作用下,管路输水效率相对提升10.62%,管路事故风险概率相对降低24.41%。研究成果可为长距离螺旋流输送理论及有压管路系统优化提供技术指导。