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原文传递管道车在不同载荷量下平稳运移时的环隙水流速度特征研究

论文题名：	管道车在不同载荷量下平稳运移时的环隙水流速度特征研究
关键词：	管道车;载荷量;环隙水流;平稳运移;速度特征;脉动强度
摘要：	面向现代绿色物流产业发展对高效节能型运输方式开发应用的现实需求，论文依托国家自然科学基金项目（51109155和51179116），山西省自然科学基金项目（2015011067）和太原理工大学研究生创新项目（S2014108），通过理论分析和模型试验，对管道车在不同载荷量下，平稳运移时的环隙水流速度特征进行研究。研究成果如下：　　（1）相同型号的管道车，载荷量的增加，会引起管道车平稳运移车速的降低。当试验工况为Q=40m3/s时,管道车载荷量以0.1kg为增幅，从0kg增至0.5kg时，L×D=150mm×60mm型号的管道车车速减小幅度最大（-1.09m/（s·kg）），L×D=150mm×70mm型号的管道车次之（-0.82m/（s·kg）），L×D=100mm×70mm型号的管道车车速减小幅度最小（-0.74m/（s·kg））。　　（2）相同载荷量，不同型号管道车形成的动边界环隙流区内，水流轴向速度分布存在相似性，但是均不再保持同心分布特征。与车中时段的环隙断面相比，车前和车后时段的环隙断面水流轴向速度流速梯度均较大；D=60mm的管道车形成的环隙断面水流轴向速度整体大于无管道车时的管道水流平均流速，D=70mm的管道车形成的环隙断面水流轴向速度整体小于无管道车时的管道水流平均流速；车中时段环隙断面水流轴向速度沿极轴的分布存在相似性，L×D=150mm×70mm和 L×D=150mm×60mm车型形成的轴向速度，沿径向从管道内壁到管道车车壁总体存在先增大后减小的趋势，且最大值出现在环隙中心区附近。　　（3）L×D=150mm×70mm的管道车形成的环隙流区内，车中时段的环隙断面，水流轴向速度分布相对稳定，最小流速值出现在管道壁面附近，最大流速值的位置随着管道车载荷量的变化在环隙中心区变动；车前时段和车后时段的环隙断面，水流轴向速度均存在一定的流速梯度突变区。车后时段的环隙断面，水流轴向速度整体分布最不均匀（η=0.11），车中时段最均匀（η=0.09）；管道车载荷量的增加对各时段环隙断面水流轴向速度整体分布的均匀性，影响不明显。随着管道车载荷量的增加，管道车车速与环隙水流平均流速的相对大小关系发生改变(位置M=0.2kg)，两者的速度差随管道车载荷量的变化呈现为先减小后增大的变化趋势。　　（4）L×D=150mm×70mm管道车形成的环隙流区内，水流的径向速度和周向速度与轴向速度相比，速度值均明显减小；水流径向速度的方向多指向管轴心，周向速度的方向多沿圆周逆时针方向；管道车载荷量的变化，对水流径向速度和周向速度的分布影响不明显。　　（5）L×D=150mm×70mm管道车形成的车中时段环隙流区内，随着管道车载荷量的增大，环隙断面水流轴向速度均值呈现先增大后趋于平稳的变化趋势；通过统计分析得到的断面水流轴向速度均值与积分计算得到的断面水流轴向速度均值接近，误差在1％以内；环隙断面水流径向和周向速度均值随管道车载荷量的变化而发生微小浮动；断面内水流的二维合速度值主要集中在0m/s～0.06m/s区间内；不同管道车载荷量下，环隙断面水流的轴向速度与合速度的比值均在0.99以上。　　（6）L×D=150mm×70mm管道车形成的环隙流区内，与垂向速度脉动强度和横向速度脉动强度相比，水流轴向速度脉动强度始终最大，且脉动均方根值基本大一个数量级；当管道车载荷量为0kg时，环隙流区水流轴向速度脉动强度均方根值，沿半径方向从管道内壁向管轴心方向辐射减小；随着管道车载荷量的增加，环隙流区局部位置的水流轴向速度脉动强度发生突变，但是整体脉动强度变化不明显；随着管道车载荷量的变化，环隙流区水流垂向速度脉动强度和横向速度脉动强度均存在微小振荡；当管道车载荷量相同时，随着管道车径长比的增大，环隙断面的水流轴向速度脉动强度分布越不均匀，但是横向速度脉动强度和垂向速度脉动强度没有明显变化。　　该研究成果充实和完善了动边界同心环状缝隙流理论，对筒装料管道水力输送技术的进一步研究推广有一定参考价值。
作者：	刘丹
专业：	水利工程
导师：	孙西欢
授予学位：	硕士
授予学位单位：	太原理工大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文