直角彎道流動(dòng)損失的實(shí)驗(yàn)研究

王圣馳

【摘 要】在工程中經(jīng)常需要計(jì)算管路壓力損失，直角彎頭、變徑、閥門等組件通常是壓力損失產(chǎn)生的主要部件。為了探究直角彎道的流動(dòng)損失規(guī)律，使用軸流模型級(jí)試驗(yàn)臺(tái)對(duì)直角彎道的流動(dòng)性能進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試；介紹了直角彎道的流動(dòng)損失的計(jì)算方法；得到了直角彎道流動(dòng)損失及總壓損失系數(shù)與流速變化之間的相關(guān)規(guī)律，為直角彎道的設(shè)計(jì)、安裝與運(yùn)行提供實(shí)驗(yàn)支持與設(shè)計(jì)指導(dǎo)。

【關(guān)鍵詞】直角彎頭 實(shí)驗(yàn)測(cè)試 流動(dòng)損失

本文對(duì)直角彎道的總壓損失進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試，并進(jìn)行研究與分析，探究直角彎道流動(dòng)損失和損失系數(shù)與流速、流量之間的關(guān)系，為直角彎頭的設(shè)計(jì)應(yīng)用提供實(shí)驗(yàn)支持。

1 直角彎道流動(dòng)性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)裝置

本實(shí)驗(yàn)對(duì)象為通徑DN700D的90度直角彎頭，圓管內(nèi)徑為Φ710mm，內(nèi)部設(shè)置五排圓弧形導(dǎo)流翅片，如圖1所示。

圖1 帶導(dǎo)流翅片直角彎頭結(jié)構(gòu)示意

為了測(cè)試該直角彎頭的流動(dòng)性能，在彎頭前端接等徑長(zhǎng)管，長(zhǎng)管前端接圓弧形進(jìn)口集流器以測(cè)量流量q，彎頭后端與試驗(yàn)臺(tái)機(jī)組相連，試驗(yàn)臺(tái)動(dòng)葉軸穿過(guò)直角彎道與外側(cè)的扭矩儀、電機(jī)相連接。實(shí)驗(yàn)依據(jù)GB/T 1236-2000“工業(yè)通風(fēng)機(jī)用標(biāo)準(zhǔn)化風(fēng)道進(jìn)行性能試驗(yàn)”標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

2 直角彎道的流動(dòng)損失計(jì)算及分析

彎頭氣流流量q由進(jìn)口集流器處測(cè)得的集流器壓差pst計(jì)算得出，計(jì)算公式如下：

（1）

式中：A——通流面積（m2）；

ρ——空氣密度（kg/m3）；

φ——流量系數(shù)，圓弧形取0.99。

總壓損失系數(shù)ζ，可由下式計(jì)算

（2）

式中：p1——直角彎道入口總壓（Pa）；

P2——直角彎道出口總壓（Pa）；

Δp——直角彎道進(jìn)出口壓差（Pa）。

在不同流量下測(cè)得進(jìn)口集流器壓差pst、總壓損失Δp，并利用測(cè)得的參數(shù)計(jì)算流量q、流速v、總壓損失Δp、總壓損失系數(shù)ζ，相關(guān)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 測(cè)量數(shù)據(jù)及計(jì)算數(shù)據(jù)

參數(shù)

工況 集流器壓差

pst（Pa） 彎頭總壓損失

Δp（Pa） 直角彎頭流量

q（m3/s） 直角彎頭流速

v（m/s） 彎頭總壓損失系數(shù)ζ

1 982 1584.291 20.566 53.44 0.928

2 860 1329.050 18.852 48.99 0.926

3 783 1068.629 16.847 43.78 0.931

4 691 822.439 14.723 38.26 0.939

5 593 532.438 12.349 31.9 0.859

6 386 328.158 9.9465 25.7 0.820

7 250 200.232 8.0430 20.78 0.757

8 193 139.629 7.0280 18.16 0.690

9 171 133.043 6.6082 17.07 0.743

10 147 100.156 6.1407 15.86 0.646

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得到直角彎頭總壓損失Δp以及總壓損失系數(shù)ζ隨流速v變化的曲線，分別如圖2、圖3所示。

由圖2可知，氣流流經(jīng)直角彎頭產(chǎn)生的總壓損失Δp隨通流流速v的增大而增大。由圖3可知，氣流流經(jīng)直角彎頭時(shí)，在流速較小的情況下，總壓損失系數(shù)ζ隨流速v的增大而增大，并存在某一最大值，當(dāng)流速繼續(xù)增大時(shí)，總壓損失系數(shù)ζ基本保持不變。

圖2 直角彎道總壓損失-流速圖 圖3 直角彎道總壓損失系數(shù)-流速圖

在試驗(yàn)流速范圍內(nèi)，直角彎頭的損失和損失系數(shù)，可以通過(guò)流速?gòu)膱D2、圖3中查得得出直角彎頭損失。在試驗(yàn)流速范圍外，直角彎頭損失可以根據(jù)流速?gòu)那€的延長(zhǎng)線查得損失系數(shù)，利用公式（2）的變化公式，初步計(jì)算得出直角彎頭損失。

3 結(jié)語(yǔ)

為了分析直角彎頭流動(dòng)損失，以一帶五排導(dǎo)流翅片、通徑DN700的直角彎道為研究對(duì)象，進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到了DN700直角彎道總壓損失Δp以及總壓損失系數(shù)ζ隨流速v的變化曲線及規(guī)律：直角彎頭產(chǎn)生的總壓損失隨流速增大而增大；總壓損失系數(shù)隨流速增大而增大，大于一定流速時(shí)則基本保持不變。利用曲線及計(jì)算公式（2）能夠得到任意流速所對(duì)應(yīng)的損失系數(shù)及總壓損失。對(duì)直角彎道的設(shè)計(jì)與實(shí)際工程應(yīng)用有一定的指導(dǎo)價(jià)值。