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中国土木工程学会燃气分会会刊

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高分子聚合物溶液在突扩圆管中流动模拟研究

论文作者张浩1、2,李炳炘1,石若冉1,孙国梁1,玄克勇3杂志期数2025年5月刊
关键词喷嘴结构;高分子聚合物;突扩圆管;减阻;数值模拟
作者单位1.山东建筑大学 热能工程学院, 山东 济南 250101; 2.山东省绿色建筑协同创新中心,山东 济南 250101; 3.山东林李建筑设计有限公司, 山东 济南 250014
采用数值模拟方法,对纯水、聚丙烯酰胺(PAM)溶液(PAM质量浓度15 mg/L)两种流体在突扩圆管(突扩比为1∶1.5)中的流速分布、压力分布、湍动能分布、涡量分布进行研究。两种流体表现出相同流速分布特性。流体经过突扩部分后流速降低,且在突扩面附近形成死区。与上游直管段相比,突扩面后流速明显降低。在突扩面后,随着流动持续,再次形成充分发展流。与纯水相比,PAM溶液的管壁处边界层厚度更大。PAM溶液静压小于纯水,突扩面后压力增长速率也明显变缓。回流区长度不仅与流动介质种类有关,还与流体雷诺数有关。对两种流体,流体雷诺数越大,流体能量损失越小,沿程阻力系数越小。与纯水相比,PAM溶液在上游直管段的最小湍动能区域更大,在经过突扩面后最大湍动能区域更小。PAM溶液在突扩面附近的湍动能等值线更稀疏,湍动能增长速度放缓。加入PAM后,突扩面后涡量最大区域明显减小,涡旋强度降低,进而实现减阻。
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