CN103527881A - 一种采用渐扩进水管、进出水管非对称布置的集分水器 - Google Patents

Abstract

一种采用渐扩进水管、进出水管非对称布置的集分水器，属于水流汇集与分配装置技术领域。包括等直进水管、渐扩管、集分水器罐和出水管，其特征在于，等直进水管与集分水器罐之间设有渐扩管，扩散角为8°~16°，等直进水管连接渐扩管，渐扩管连接集分水器罐，渐扩管的出口直径大于进口直径，渐扩管的进口直径与等直进水管直径相同，渐扩管出口直径小于集分水器罐直径。所述进水管和出水管非对称布置连接在集分水器罐壁上，合理布置进、出水管，运行时合理选择进、出水管，避免集分水器罐内水流对冲造成能量损失。本发明集分水器采用渐扩管进水，进出水管非对称合理布置，在较大程度上减小了集分水器罐及管道的振动，提高了输水效率，确保集分水器输送水装置安全、稳定、高效运行。

Description

一种采用渐扩进水管、进出水管非对称布置的集分水器

技术领域

本发明涉及一种集分水器，具体说来涉及一种采用渐扩进水管、进出水管非对称布置的集分水器，属于供水、供热领域。

背景技术

目前，工程上采用的集分水器进、出水管通常采用等径直管。等径直管与中间集分水器罐连接结构简单，但由于进水管进入集分水器罐的直径较小，输水进入集分水器罐的流速和动量较大，且过流断面突然扩大，产生大范围的脱流旋涡，流动极不稳定，进水管出流对集分水器罐冲击严重，旋涡造成集分水器振动加剧，集分水器固定支座及集分水器罐与管道本身容易损坏。集分水器进出水管道布置不合理时，集分水器罐内部水流容易发生对冲，导致水流能量损失严重。

发明内容

本发明的目的就是针对上述现有集分水器存在的不足，通过理论分析和流动数值模拟进行创新设计，提供一种结构合理，运行安全稳定、高效的采用渐扩进水管、进出水管非对称布置的集分水器。

本发明的目的是这样实现的，一种采用渐扩进水管、进出水管非对称布置的集分水器，如图3所示，按水流顺序，包括等直进水管、渐扩管、集分水器罐、出水管四部分。其特征在于，在所述等直进水管与集分水器罐连接的末端采用渐扩管，渐扩管出口直径大于进口直径，渐扩管进口直径与等径进水管直径相同，渐扩管出口直径小于或稍小于集分水器罐直径，渐扩管双边扩散角为8°～16°。等径进水管连接渐扩管进口，渐扩管出口连接集分水器罐。

本发明在集分水器进水管末端采用渐扩管与集分水器罐连接，保证渐扩管既具有足够的扩散角，随着渐扩管过流面积不断增大，渐扩管内水流流速不断减小，在渐扩管出口处水流流速最小，并且出流呈渐扩状，减小了出水管出水进入集分水器罐的流速，从而减小其对集分水器罐的撞击，又保证不致产生较大的扩散水头损失。另一方面，由于通过渐扩管进入集分水器罐的水流流速大大减小，并且进入集分水器罐的为渐扩形水流，大大减小了采用等直进水管时集分水器罐内因过流断面突然扩大造成的脱流旋涡的强度。

集分水器设计时，进、出水管非对称布置连接在集分水器罐壁上，要求从进水管流出进入集分水器罐的水流在集分水器罐内沿相同方向流向出水管进口进入出水管，避免运行时集分水器罐内水流发生对冲、消耗能量。

该发明能够有效减轻集分水器运行时的振动，提高输水效率，确保集分水器输水装置安全、稳定、高效运行，特别适用于集分水器不能牢固固定的场所。

运用ANSYS CFX软件，采用标准k-ε湍流模型数值计算普通集分水器、采用渐扩管的集分水器以及增大集分水器罐直径的集分水器内部流场。通过分析集分水器内部流场，进一步分析进水管出口处水流对集分水器振动影响。

本发明的集分水器可广泛应用于暖通和供水等工程，应用证明，采用渐扩进水管的集分水器振动明显减弱，甚至消失，确保了集分水器稳定、安全和可靠运行，同时进、出水管非对称布置减小了水力损失，经济效益显著。

集分水器内部流动数值计算方法包括以下几个步骤：

A.根据采用渐扩管的集分水器、普通集分水器以及增大集分水器罐直径的集分水器具体尺寸，采用上述不同形式集分水器数值计算模型，其中图2进出水管直径为0.2m、集分水器罐直径为0.35m，图3进出水管直径为0.2m、集分水器罐直径为0.5m。

B．对已经建立的几何模型进行非结构网格划分，在进、出水管道与集分水器罐衔接处局部加密。

C．数值计算的控制方程包括连续性方程、动量守恒方程，采用k-ε湍流模型。

连续性方程 $\frac{\∂\mathrm{\ρ}}{\∂t}+\▿\·\left(\mathrm{\ρu}\right)=0$

动量守恒方程 $\frac{\∂\left(\mathrm{\ρ}{u}_i\right)}{\∂t}+\frac{\∂\left(\mathrm{\ρ}{u}_i{u}_j\right)}{\∂x_j}=\mathrm{\ρ}{f}_i-\frac{\∂p}{\∂x_i}+\frac{\∂{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{ij}}}{\∂x_j}---\left(2\right)$ 式中：ρ为流体密度；p为流体微团压力；ui、fi、xi分别为i方向的速度、单位质量力和坐标；τij为流体微团表面粘性切应力分量。

k方程： $\frac{\∂}{\∂x_j}[\mathrm{\ρ}{v}_{i}k-(\mathrm{\μ}+\frac{{\mathrm{\μ}}_t}{{\mathrm{\σ}}_k})\frac{\∂k}{\∂x_j}]=\mathrm{\ρ}(p_k-\mathrm{\ϵ})---\left(3\right)$

ε方程： $\frac{\∂}{\∂x_j}[\mathrm{\ρ}{\mathrm{\ν}}_j\mathrm{\ϵ}-(\mathrm{\μ}+\frac{{\mathrm{\μ}}_t}{{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{\ϵ}}})\frac{\∂\mathrm{\ϵ}}{\∂x_j}]=\mathrm{\ρ}\frac{\mathrm{\ϵ}}{k}(C_{\mathrm{\ϵ}1}{p}_k-C_{\mathrm{\ϵ}2}\mathrm{\ϵ})---\left(4\right)$ 式中：μ_t为涡团粘性系数，

pk为湍动能生成项，

经验系数C_1ε=1.44，C_2ε=1.92，C_μ=0.09，σ_k=1.0，σ_ε=1.3

D．方程离散采用交错网格的有限体积法。将变量p,k,ε,α置于控制体积中心，速度控制体和压强控制体交错布置，对流-扩散项的离散采用幂函数。

E．给定计算区域边界条件。该计算区域采用质量进口、压力出口，管道近壁区域流动采用壁面函数，壁面采用无滑移、绝热边界条件。

F.数值计算不同形式集分水器内部流动，并对计算结果进行研究、分析。

通过比较不同形式集分水器内部流场，分析水流冲击作用对不同形式集分水器运行的影响。

附图说明

图1为普通集分水器结构示意图。

图2为增大集分水器罐直径的集分水器结构示意图。

图3为本发明采用渐扩管进水的集分水器结构示意图。

图4为普通集分水器中间水平纵剖面流速分布示意图。

图5为增大集分水器罐直径的集分水器中间水平纵剖面流速分布示意图。

图6为本发明采用渐扩管进水的集分水器中间水平纵剖面流速分布示意图。

图中：1进水管、2渐扩管、3集分水器罐、4出水管。

具体实施方式

一种采用渐扩进水管、进出水管非对称布置的集分水器，由等直进水管、渐扩管、集分水器罐和出水管等构成。等直进水管与集分水器罐之间设有渐扩管，进水管连接渐扩管，渐扩管连接集分水器罐，渐扩管的出口直径大于进口直径，渐扩管的进口直径与进水管直径相同，渐扩管出口直径小于集分水器罐直径。渐扩管的扩散角为8°～16°。进水管和出水管非对称布置连接在集分水器罐壁上，进出水管采用非对称布置，避免水流对冲损失能量。

下面结合具体案例，计算内部流场，分析说明本发明的特征和效果。但本案例不应理解为对本发明的限制。

集分水器设4根进水管，3根出水管，正常运行时采用3根进水管进水，另1根进水管作为备用。采用数值模拟方法计算集分水器内部流场如图4～图6。图4为普通集分水器管道水平中间纵剖面内流速分布。由图4知，由于集分水器罐直径较小，进水管出口处流速较大，水流对集分水器罐内壁面冲击作用较强，罐内脱流漩涡较强，流动很不稳定。由图5知，将集分水器罐直径加大至0.5m时，进水管出口处罐内流速较图4稍有减小，水流对集分水器罐壁面冲击作用略有减弱。由图6知，采用渐扩管进水的集分水器，随着渐扩管过流断面的增加，渐扩管内的流速不断减小，在渐扩管出口处的流速明显小于图4和图5普通集分水器进水管出口处的流速，并且水流呈扩散流出，进入集分水器罐后迅速扩散，对罐壁的冲击明显减小，而且迅速扩散的水流很快充满罐内空间，明显减小了脱流旋涡的强度。应用表明，采用渐扩管进水的集分水器运行时的振动明显减小，甚至消失。集分水器进出水管道合理布置，避免了集分水器内部水流对冲，减小了能量损失，提高了输水效率。

Claims (4)

1.一种采用渐扩进水管、进出水管非对称布置的集分水器，包括等直进水管、渐扩管、集分水器罐和出水管，其特征在于，集分水器罐采用了渐扩进水管，集分水器罐进、出水管采用非对称布置。

2.根据权利要求1所述的一种采用渐扩进水管、进出水管非对称布置的集分水器，其特征在于，所述等直进水管与集分水器罐之间设有渐扩管，等直进水管连接渐扩管，渐扩管连接集分水器罐，渐扩管的进口直径与等直进水管直径相同，渐扩管出口直径小于集分水器罐直径。

3.根据权利要求1所述的一种采用渐扩进水管、进出水管非对称布置的集分水器，其特征在于，所述渐扩管的扩散角为8°~16°。

4.根据权利要求1所述的一种采用渐扩进水管、进出水管非对称布置的集分水器，其特征在于，所述进水管和出水管非对称布置连接在集分水器罐壁上，合理布置进、出水管，运行时合理选择进、出水管，避免集分水器罐内水流对冲造成能量损失。

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