[發明專利]一種控制低雷諾數U型彎管流動分離的變截面方法

有效

• 申請號: 201610031790.9
• 申請日: 2016-01-18
• 公開（公告）號: CN105587959B
• 公開（公告）日: 2018-08-28
• 發明（設計）人: 柳陽威;王菁;陸利蓬;張云翼
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: F16L43/00
• 分類號: F16L43/00;F15D1/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種通過改變截面面積來抑制低雷諾數U型彎管流動分離的變流態流動方案，涉及管路系統技術領域的被動流動控制技術。本發明的目的在于，提出一種適應性強、簡單方便的抑制低雷諾數U型彎管分離流動變截面面積的方法，通過改變彎管中的流態和局部逆壓梯度，提高流體的抗逆壓梯度的能力來達到抑制低雷諾數U型彎管內流動分離的效果。所述低雷諾數U型彎管在上游段和彎曲段都有收縮，增加雷諾數，使流動從層流轉變為湍流，并減小局部的逆壓梯度，在下游直管段逐漸擴張恢復至之前的管徑。本發明的有益效果在于：提出了一種有效抑制低雷諾數U型彎管內的流動分離的適應性強、成本低、易操作的控制手段，抑制了分離流動，降低了由于分離所產生的額外的阻力和損失。

技術領域

本發明涉及低雷諾數U型彎管的流動控制，尤其涉及一種通過改變截面面積來抑制低雷諾數U型彎管流動分離的變流態控制方案，屬于管路系統技術領域的被動流動控制技術。

背景技術

管路系統中，由于空間布置的限制，U型彎管被廣泛的應用在流體輸送中，對輸送液壓介質和傳遞能量起著重要的作用。比如，航空液壓和燃油管路方面的故障占飛機元件故障的50～60％，高壓高速工況加劇了液壓能源管路系統的振動和噪聲，其中管路中的流動分離是主要誘因之一。

在彎曲管路中，由于曲率的影響，使流動過程中沿著流向和徑向會產生一定的壓力梯度，對于低雷諾數流動的層流流動，抵抗逆壓梯度的能力較弱，因此在流動過程中更容易發生流動分離。流動的分離，使流動狀態急劇變化，一方面造成流動壓力損失，還可能引起管路的振動和較大的噪聲；一方面使流動均勻性變差，在內外側流速差異較大，在橫向渦的作用下，內側高速流體向外側移動從而導致流體中的污染物在外側堆積，管內流動進一步惡化。因此有效改善彎管內的流動分離對管路系統的優化具有重要的作用。

目前，針對低雷諾數U型彎管流動分離的控制手段主要采用安裝導流片或者導流板的方式。通過在彎曲段增加一定數量的不同幾何結構的導流板，對流過彎曲段的流體進行分流，從而達到控制流動分離的目的。這種控制方法適應性較差，成本較高，而且不容易加工。

本發明基于造成U型彎管流動分離的流動機理，提出了一種通過改變管路截面面積的控制方法。一方面，通過改變彎曲段附近截面面積，改變流動雷諾數，從而改變管路中流動的流態，在進入彎曲段前發展為湍流，利用湍流抵抗逆壓梯度能力強的特點來抑制流動分離。另一方面，在彎曲段的進一步收縮，減小局部逆壓梯度，從而更有效抑制流動分離。該方法適應性強，簡單方便，可實現性強。

發明內容

本發明的目的在于，提出一種適應性強、簡單方便的控制低雷諾數U型彎管分離流動的變截面面積方法，通過改變彎管中的流態和局部逆壓梯度，來達到控制彎管內流動分離的效果。

本發明的技術方案如下：

一種低雷諾數U型彎管，其特征在于：

低雷諾數的U型管路進口為低雷諾數的層流流動，通過進行變截面的收縮和擴張，達到改變流態和局部逆壓梯度的目的，從而抑制分離。

其中，低雷諾數U型管的中軸線不變，為恒定值，

根據體積流量Q公式：

根據雷諾數Re公式：

其中U為管流的平均速度,D為管路的截面直徑，υ為管路內流體的運動粘度系數。

根據公式(1.1)和(1.2)可以得到以下關系式：

公式(1.3)給出了流量不變情況下，雷諾數和截面直徑間的關系。

根據以上公式(1.3)，可以通過改變截面直徑D，從而改變管內流動Re，達到改變流態，抑制流動分離的目的。