扇形螺旋板螺旋流道流场的数值模拟研究.pdf

2012年2月
机床与液压
Feb.2012
第40卷第3期
MACHINE TOOL HYDRAULICS
Vol 40 No. 3
DO:10.3969/j.iss.1001-3881.2012.03.037
扇形螺旋板螺旋流道流场的数值模拟硏究
陈启东,何云松2,裴峻峰2
(1.常熟理工学院机械工程学院,江苏常熟215500:2.常州大学机械工程学院,江苏常州213016)
摘要:采用 Fluent 3软件对扇形螺旋板狭缝螺旋流道的气相流场进行三维数值模拟。因螺旋流含有较大的涡量和动能,
在速度较小时表现为湍流。分别采用层流模型和湍流模型,对各种流量情况进行计算,求得扇形螺旋板狹缝螺旋流道层流
稳定流动的流量范围以及其流场分布特点,为合理设计扇形螺旋板狭缝螺旋流道提供依据。
关键词:扇形螺旋板;螺旋流;数值模拟
中图分类号:0357.1文献标识码:A文章编号:1001-3881(2012)3-130-4
Numerical Simulation Research on the Spiral Flow Fields in the Spiral Sector
CHEN Qidong, HE Yunsong, PEI Junfeng
1. College of Mechanical Engineering, Changshu Institute of Technology, Changs hu iangsu 215500, China
2. College of Mechanical Engineering, Changzhou University, Changzhou Jiangsu 213016, China)
Abstract: A three dimensional numerical simulation was carried out to the air-phase flow fields of the spiral flow sector with com
bing crevice based on the Fluent software. Because the spiral flow has much eddy kinetic energy, it is usually a turbulent flow in slow
velocity. Many cases of different flow flux were calculated by using laminar flow and turbulent flow models in turn, then the range of
flux of laminar stable flow and properties of flow field were found in the spiral sector flow with combing crevice. The research results
provide foundation for reasonable design of its flow.
Keywords: Spiral sector; Spiral flow; Numerical simula
螺旋流在工业上应用十分广泛,如在射流技术、涡壳外形线采用阿基米德螺旋线,具体如图2。
燃烧技术、气力输送、旋风分离及水力浮选等方面均
出口段
应用了螺旋流。在各种分离器、旋流器、搅拌器、涡
管及管道系统中也常见到螺旋流。扇形螺旋板狹缝螺
旋流道是对不同密度组分气体进行离心分离富集的
螺旋流道段
种创新设计。其工作原理基于在层流场下不同密度气
体的惯性力分离富集,目的是找到在稳定层流情况下
的最大流量和惯性力分离效果。作者主要通过计算流
入口段
体动力学软件 Fluent来研究空气在扇形螺旋板狭缝螺
旋流道中的流动情况,以求得层流稳定流动的流量范
围以及流场分布特点,为合理设计扇形螺旋板狭缝螺
图1整体结构
图2切向人口
旋流道提供依据。
螺旋流道段是这里的研究重点,其具体结构形式
1扇形螺旋板狭缝螺旋流道结构
为:在直径为200m的圆筒外壁装上鱼鳞式螺旋流
扇形螺旋板狭缝螺旋流道的整体结构如图1所道板,然后在螺旋流道板外侧用直径为600mm的圆
示,它主要包括入口段、螺旋流道段以及出口段。入筒罩住,如图3所示。螺旋流道结构参数:每个螺旋
口段的形式有轴向入口和切向入口两种方式。轴向入短板内侧展开长度260mm,螺旋线包角129°;螺旋
口需要加导流叶片,其结构参数有导叶长度、高度、短板外侧展开长度687mm,外侧螺旋线升角10.9
厚度、个数以及包角,结构比较复杂,而且结构参螺旋线包角129°;螺旋板重叠部分缝隙宽度为9mm,
数对周向运动有较大的影响2。切向入口形式结构简螺旋板厚1m,螺旋板偏转角取30°,每120°放置
单且起旋效率高?,故采用切向入口,切向入口侧的
块螺旋板,螺旋上升,3块螺旋板组成一条,螺
收稿日期:2011-01-10
基金项目:国家高技术发展计划(863计划)项目(2009AO63201)
作者简介:陈启东,男,副教授,长期从事机械振动、流体机械的研究及应用。E-mail:cqd660163.com