[發明專利]一種能有效增強軟性磨粒流湍流的方法及其專用流道裝置

有效

• 申請號: 201010280195.1
• 申請日: 2010-09-14
• 公開（公告）號: CN101947748A
• 公開（公告）日: 2011-01-19
• 發明（設計）人: 計時鳴;付有志;譚大鵬;袁巧玲;章定
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: B24B1/00
• 分類號: B24B1/00
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;黃美娟

1.?一種能有效增強軟性磨粒流湍流的方法，其特征在于：首先采用了流體沖撞方法，所述軟性磨粒流可以建立如下流體控制方程，

連續方程：

?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????（1）

動量方程：

??????????????????????（2）

??????????????????????（3）

控制方程分別采用H、作為長度、速度的特征尺度進行無因次參數化，其中無因次變量分別定義如下：

式中：------x，y方向無因次速度變量；

??????????------無因次坐標系

??????????------無因次壓力；

??????????------空間高度或特征值

??????????------空氣的動力粘度

------Reynolds數

-----進口速度

所述流體沖撞是使兩股不同運動參數的軟性磨粒流從兩個入口流道流入，在一圓形區域的交匯點處相撞，其二維流動方程為

??????????（4）

式（4）中，是Reynolds應力；

沖撞后軟性磨粒流會產生水平和豎直方向的速度，得到軸向和徑向的無量綱強度，分別定義為?

???????????????????????（5）

式（5）中，，是無量綱軸向距離，分別是撞擊后向水平和豎直方向的速度，是每股流體的初始湍動能；

徑向上的軟性磨粒流在流道壁面的約束下，改變流體運動方向，軸向的無量綱強度會強于徑向的無量綱強度，軟性磨粒流連續沖撞在軸線兩側形成渦對，增強了軟性磨粒流湍流；

然后是在流道內設置螺紋結構的方法，所述螺紋結構的流道包括凸壁和凹壁，凹壁面和凸壁面基于壁面摩擦力的當地摩擦速度定義為：

?????????（6）

式（6）中y=+1為凹壁面，y=-1為凸壁面；

另外，一個基于流向壓力梯度的全局摩擦速度定義為：

???????????????????（7）

整體坐標系下的脈動速度的均方根值在的無量綱化下，凹壁附近的湍流發展的比凸壁處要強；

湍流的粘性底層厚度近似公式：????????????????（8）

式（8）中d為流道內徑，為反映壁面凹凸不平及摩擦力大小的管道摩擦因子；

粘性底層厚度小于螺紋凸起部分的高度，粘性底層被破壞，湍流核心的流體沖擊在螺紋凸起部分，在流道壁面附近，軟性磨粒流流體在螺紋凸起后部出現了回流，產生了旋渦，加劇湍動程度。

2.實現權利要求1所述的一種能有效增強軟性磨粒流湍流的方法的專用流道裝置，其特征在于：包括流道底座，所述底座是三棱柱結構，所述底座的三頂角上設有平行于底座各側面的切面，所述三頂角的各切面上分別開有流體進口和流體出口；所述底座上表面的中心線處開有沉槽，所述沉槽內開有矩形槽，所述矩形槽的兩端開有沉孔，所述矩形槽一端的沉孔與流體出口連通，另一端沉孔與兩流體進口連通，所述流體進口通往沉孔的流道里端壁面上設有大螺距螺紋；所述矩形槽內安裝有約束流道，所述約束流道上安放有約束模塊，所述約束模塊通過蓋板固定在底座內。

3.根據權利要求2所述的一種能有效增強軟性磨粒流湍流的方法的專用流道裝置，其特征在于：所述沉孔的直徑大于矩形槽的寬度。

4.根據權利要求2或3所述的一種能有效增強軟性磨粒流湍流的方法的專用流道裝置，其特征在于：所述蓋板是長方體結構，所述蓋板在長度方向中心線的兩側開有光孔，其通過雙頭螺柱和螺母配合固定在底座上。

5.根據權利要求4所述的一種能有效增強軟性磨粒流湍流的方法的專用流道裝置，其特征在于：所述約束模塊是一T字形結構，包括平板和設立在平板上的約束主體，所述平板的長寬尺寸小于沉槽的長寬尺寸，其厚度與沉槽的厚度相等，所述約束主體的兩個端面是梯形結構，其沿長度方向的尺寸是漸變狀。

6.根據權利要求5所述的一種能有效增強軟性磨粒流湍流的方法的專用流道裝置，其特征在于：所述約束流道的橫截面是矩形，其尺寸與矩形槽相同，所述約束流道的流道形狀與約束主體的外形類似。

7.根據權利要求6所述的一種能有效增強軟性磨粒流湍流的方法的專用流道裝置，其特征在于：所述約束模塊的平板和底座的沉槽之間設有密封圈。