管道和箱體連接處的導流葉片的安裝位置確定方法
2023-06-07 16:17:46 1
專利名稱：管道和箱體連接處的導流葉片的安裝位置確定方法
技術領域：
本發明屬於流體均流技術領域，具體涉及一種管道和箱體連接處的導流葉片的安裝位置確定方法。
背景技術：
管道和箱體的連接是流體系統中常見的組合，管道和箱體連接處的各方向上的流體流量分布不均勻也是不容忽視的問題。由於管道的尺寸相對於箱體較小，兩者連接處必然存在一個流體流向及流速變化的過程。但是由於管道及箱體幾何尺寸的懸殊，使得管道中的流體在進入箱體的過程中，各個方向上的流速差別很大，即中間部位的流體流速大，而周邊部位流速小，這不利於流體在箱體內的擴散，而且有時也影響工藝效果，達不到預設的流體分布狀態。現有技術中，為了使由管道流入箱體的流體沿各方向的流量均勻，在管道和箱體的連接處安裝適當數量的導流葉片，所安裝的導流葉片大於等於2，其具體個數因管道直徑、箱體尺寸和流體均流要求的程度而不同，所存在的問題是各導流葉片的安裝位置通常是隨意確定的，這樣就不能最大程度地對流體起到均流的作用。
發明內容
針對現有技術的缺陷或不足，本發明的目的在於提供一種管道和箱體連接處的導流葉片的安裝位置確定方法，以使由管道流入箱體的流體沿各方向的流量均勻。為實現上述技術任務，本發明採用下述技術方案予以實現一種管道和箱體連接處的導流葉片的安裝位置確定方法，其特徵在於，為了使由管道流入箱體的流體沿各方向的流量均勻，在管道和箱體連接處安裝有支架，該支架上安裝有η片導流葉片，並採用以下方法步驟確定η片導流葉片在支架上的安裝位置，其中η 為大於等於2的正整數，導流葉片i為η片導流葉片中的一導流葉片，i為正整數且i e [1， η]步驟一，利用FLUENT計算軟體模擬箱體與管道連接處的流體速度場；步驟二，建立一二維坐標系M，管道與箱體相交截面的中心點為坐標系M的原點0， 任取箱體與管道相交截面的一直徑作為X軸，管道的中軸線為y軸，且流體流動方向為y軸的正方向；箱體與管道相交截面的輪廓線與χ軸交點的坐標為(- ，0)和( ，0)；步驟三，在坐標系M中，過點(-1. 33x0,0), (0,1.33 )和(1.33 ，0)並以原點ο 為圓心作半圓P;步驟四，在所模擬的流體速度場中，提取半圓P上的速度值(X，y，vxy)，其中 χ ^ [-L 33x0，L 33x0]，y e
；步驟五，繪製X-Vxy曲線，用垂直於χ軸的η條直線將X-Vxy曲線與χ軸所圍成的面積等分為(η+1)份，記錄等分時所用的η條直線各自所對應的χ軸坐標xi;步驟六，將η片導流葉片分別固定於支架上，導流葉片i與支架的連接點在坐標系M 中的坐標為(\^)，且<+彳=(1.33 )2，\ e [-1.33x0,l. 33x0],yi e
；且導流葉片i與支架的連接點、導流葉片i底面的中心點及坐標系M的原點ο位於同一直線上。所述導流葉片的邊緣形狀採用翼型NPU-LS 0417的輪廓。採用本發明的方法可以有效地使由管道流入箱體的流體沿各方向的流速均勻。
圖1為實施例中導流葉片的安裝位置示意圖；圖2為實施例中對X-Vxy曲線與χ軸所圍成的面積進行等分的結果示意圖；圖3為實施例的安裝導流葉片前和安裝導流葉片後半圓ρ上的速度分布對比示意圖。以下結合實施例與附圖對本發明作進一步詳細說明。
具體實施例方式為了使由管道流入箱體的流體沿各方向的流量均勻，在管道和箱體連接處安裝有支架，具體來講，該支架或安裝於管道上或安裝於箱體上，該支架上安裝有η片導流葉片， 並採用以下方法步驟確定η片導流葉片在支架上的安裝位置，其中η為大於等於2的正整數，導流葉片i為η片導流葉片中的一導流葉片，i為正整數且i e [l，n]步驟一，利用FLUENT計算軟體模擬箱體與管道連接處的流體速度場；具體根據管道的直徑以及箱體的長、寬、高，在gambit軟體中建立管道與箱體的模型並對所建立的模型進行網格劃分，生成網格文件，然後將該網格文件導入FLUENT流體計算軟體中，開啟 k-印silon兩方程模型、定義流體、管道和箱體的材料屬性並且設置邊界條件，同時結合 SIMPLE算法模擬出箱體與管道連接處的流體速度場；步驟二，建立一二維坐標系M，管道與箱體相交截面的中心點為坐標系M的原點0， 任取箱體與管道相交截面的一直徑作為X軸，管道的中軸線為y軸，且流體流動方向為y軸的正方向；箱體與管道相交截面的輪廓線與χ軸交點的坐標為(- ，0)和( ，0)；步驟三，在坐標系M中，過點(-1. 33x0,0), (0,1.33 )和(1.33 ，0)並以原點ο 為圓心作半圓P;流體從管道流入箱體時，流體的流速在管道與箱體的交界面處有一個突變，即在這個交界面處流體的流速開始發生明顯的變化，本申請所要實現的均流，就是使流體從管道進入箱體後，在距管道與箱體的交界面的中心同樣距離處各個方向上的流量接近，由於距交界面中心的距離相等的點在同一個以交界面中心為球心的半球面上，所以也就是要使在以交界面中心為球心的半球面上各個方向上的流量相近，加之流體由管道流入箱體時的主流速度是垂直於管道與箱體的交界面的，即流體的主流速度方向是在xoy平面內的，且主流速度的大小比其他任何方向的速度對流量影響都要大，所以只需提取xoy平面與半球面的交線(即半圓線)上的速度值，便可知曉半球面其他處的速度分布。同時，半圓線的半徑與管道的直徑以及流體的流速有關，在設計管道的時，一般是運用假定流速法，經過水力計算確定管道的尺寸，也就是說流體的流速與管道的尺寸之間有一定的對應關係，故確定半圓P半徑的時候主要考慮管道的尺寸與半圓P半徑的關係。 為了確定半圓P半徑，申請人做了一系列模擬研究，在Xoy平面內，提取管道半徑與半圓半徑不同比值下的半圓上的流體流速，管道半徑與半圓線半徑的比值分別取為1、0.9、0. 75、 0. 5,0. 4,0. 25，將提取出來的速度數值進行對比，發現管道半徑與半圓半徑的比值為0. 75 時，半圓上的流速值不均勻性最大，故將所研究的半圓線的半徑確定為管道半徑的1.33 倍；故在坐標系M中，過點(-1. 33x0,0)、(0，1. 33x0)和(1. 33x0,0)並以原點ο為圓心作半圓P ；步驟四，在所模擬的流體速度場中，提取半圓ρ上的速度值(X，y，vxy)，其中 χ ^ [-L 33x0，L 33x0]，y e
；步驟五，繪製X-Vxy曲線，用垂直於χ軸的η條直線將X-Vxy曲線與χ軸所圍成的面積等分為(η+1)份，記錄等分時所用的η條直線各自所對應的X軸坐標Xi;該步驟中之所以對X-Vxy曲線與χ軸所圍成的面積進行等分是因為x-vxy曲線圖中，橫坐標為χ向坐標，縱坐標為流體的速度Vxy，而流量Q等於流體的速度Vxy乘以流通面積A，在本申請中，流通面積A等於通道的χ向長度a乘以與坐標系M所在面垂直方向上的長度b，即Q = VxyXA = VxyXaXb,如果用導流葉片將整個通道隔成(η+1)個小通道，那麼每個小通道的b是一樣的，只要保證VxyXa(即X-Vxy曲線圖中的曲線與χ軸所圍成的面積) 一致，則可保證被導流葉片隔成的各個小通道內的流量Q是一致的，即保證垂直於主流速度方向的各個流道內的流量近乎相等，達了均流的目的，為保證每個通道中X-Vxy曲線圖中的曲線與χ軸所圍成的面積相等，就要將X-Vxy曲線與χ軸所圍成的面積進行等分；步驟六，將η片導流葉片分別固定於支架上，導流葉片i與支架的連接點在坐標系 M 中的坐標為(^》，且<+彳=(1.33 )2，& e [-1.33x0, 1.33x0],yi e
；為保證每個通道中X-Vxy曲線圖中的曲線與χ軸所圍成的面積相等，導流葉片的位置必須按照步驟五中劃分線的位置布置，這樣才能使每個通道的a值與步驟五中的設定值一致；且對於每個導流葉片，其與支架的連接點、該導流葉片底面的中心點及坐標系M的原點0位於同一直線上。所述導流葉片的邊緣形狀採用翼型NPU-LS 0417的輪廓。為了儘量減小導流葉片形狀對流體的阻擋作用，申請人結合物理減阻技術在汽車及航空工業領域的應用情況，對8 種不同外形結構的導流葉片進行了模擬研究。該8種導流葉片的外形結構分別為橢圓形、 楔形、奧迪A8L車身外形、保時捷911車身外形、保時捷911車身外形改進形式、翼型NPU-LS 0515外形、翼型NPU-LS 0417外形、翼型NPU-L72513外形。經過對比安裝該8種形狀導流葉片後的管道與箱體連接處流體速度場，發現使用翼型NPU-LS 0417外形的導流葉片對流體的阻力最小。實施例本實施例中的管道1為Φ225的圓形風管、箱體3尺寸為4X3X5m，管道中的風速為4m/s，使用五片導流葉片4，導流葉片4中心線的長度為30mm。遵從上述技術方案，安裝於支架1上的導流葉片4位置如圖1所示。申請人:對實施例加入均流裝置之前和之後的管道和箱體連接處的速度場進行了數值模擬研究，結果如圖3所示，經比較，加入管道和箱體連接處的流體均流裝置後，流體沿著各個方向的流速明顯比沒加均流裝置前要均勻。需要說明的是，本發明的方法中所涉及的流體為液體或氣體。
權利要求
1.一種管道和箱體連接處的導流葉片的安裝位置確定方法，其特徵在於，為了使由管道流入箱體的流體沿各方向的流量均勻，在管道和箱體連接處安裝有支架，該支架上安裝有η片導流葉片，並採用以下方法步驟確定η片導流葉片在支架上的安裝位置，其中η為大於等於2的正整數，導流葉片i為η片導流葉片中的一導流葉片，i為正整數且i e [1， η]步驟一，利用FLUENT計算軟體模擬箱體與管道連接處的流體速度場；步驟二，建立一二維坐標系M,管道與箱體相交截面的中心點為坐標系M的原點0，任取箱體與管道相交截面的一直徑作為χ軸，管道的中軸線為y軸，且流體流動方向為y軸的正方向；箱體與管道相交截面的輪廓線與χ軸交點的坐標為(- ，0)和( ，0)；步驟三，在坐標系M中，過點(-1.33x0,0), (0,1.33 )和(1.33 ，0)並以原點ο為圓心作半圓P;步驟四，在所模擬的流體速度場中，提取半圓P上的速度值(X，y，vxy)，其中 χ ^ [_L 33x0，L 33x0]，y e
；步驟五，繪製X-Vxy曲線，用垂直於X軸的η條直線將X-Vxy曲線與X軸所圍成的面積等分為(η+1)份，記錄等分時所用的η條直線各自所對應的χ軸坐標xi;步驟六，將η片導流葉片分別固定於支架上，導流葉片i與支架的連接點在坐標系M中的坐標為(\^)，且<+彳=(1.33 )2，\ e [-1.33x0, 1.33x0],yi e
；且導流葉片i與支架的連接點、導流葉片i底面的中心點及坐標系M的原點ο位於同一直線上。
2.如權利要求1所述的管道和箱體連接處的流體均流裝置，其特徵在於，所述導流葉片的邊緣形狀採用翼型NPU-LS 0417的輪廓。
全文摘要
本發明公開了一種管道和箱體連接處的導流葉片的安裝位置確定方法。首先模擬箱體與管道連接處的流體速度場；接著在二維坐標系M中，過點(-1.33x0，0)、(0，1.33x0)和(1.33x0，0)作半圓p；然後在所模擬的流體速度場中，提取半圓p上的速度值(x，y，vxy)；繪製x-vxy曲線，用垂直於x軸的n條直線將x-vxy曲線與x軸所圍成的面積等分為(n+1)份，記錄等分時所用的n條直線各自所對應的x軸坐標xi；將n片導流葉片分別固定於支架上，導流葉片i與支架的連接點在坐標系M中的x軸坐標為xi；且對於每個導流葉片，其與支架的連接點、該導流葉片底面的中心點及坐標系M的原點o位於同一直線上。採用本發明的方法可以有效地使由管道流入箱體的流體沿各方向的流量均勻。
文檔編號F15D1/00GK102536973SQ20121004095
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月22日 優先權日2012年2月22日
發明者劉志堅, 李安桂, 陳曦 申請人:西安建築科技大學