一种能有效增强软性磨粒流湍流的方法及其专用流道装置

摘要

一种软性磨粒流湍流增强方法，采用了流体冲撞与螺纹结构结合的方式来增强软性磨粒流湍流；所述流体冲撞是使流体分别从两个流道通过，所述两流道交汇于一点，流体通过流道后相撞于交汇点处，两股流体的连续冲撞，加上软性磨粒流里的固体颗粒的往复振荡运动，导致相撞区域的流体强烈混合，在混合的同时，湍流特征得到加强；所述螺纹结构是在流体通过的流道的管壁上加工出螺纹，所述螺纹的螺距较大，在壁面形成周期性的凹壁，以此增强湍流特征。本发明的优点：结构简单、易于设计和制造；更易实现磨粒流的湍流状态，实现流体运动的无规则性；约束模块与约束流道配套使用，根据不同工件设计为序列化的模块，降低成本，缩短加工前期准备时间。

主权项

1. 一种能有效增强软性磨粒流湍流的方法，其特征在于：首先采用了流体冲撞方法，所述软性磨粒流可以建立如下流体控制方程，连续方程：（1）动量方程：（2）（3）控制方程分别采用H、作为长度、速度的特征尺度进行无因次参数化，其中无因次变量分别定义如下：式中：------x，y方向无因次速度变量；------无因次坐标系------无因次压力；------空间高度或特征值------空气的动力粘度------Reynolds数-----进口速度所述流体冲撞是使两股不同运动参数的软性磨粒流从两个入口流道流入，在一圆形区域的交汇点处相撞，其二维流动方程为（4）式（4）中，是Reynolds应力；冲撞后软性磨粒流会产生水平和竖直方向的速度，得到轴向和径向的无量纲强度，分别定义为 （5）式（5）中，，是无量纲轴向距离，分别是撞击后向水平和竖直方向的速度，是每股流体的初始湍动能；径向上的软性磨粒流在流道壁面的约束下，改变流体运动方向，轴向的无量纲强度会强于径向的无量纲强度，软性磨粒流连续冲撞在轴线两侧形成涡对，增强了软性磨粒流湍流；然后是在流道内设置螺纹结构的方法，所述螺纹结构的流道包括凸壁和凹壁，凹壁面和凸壁面基于壁面摩擦力的当地摩擦速度定义为：（6）式（6）中y=+1为凹壁面，y=-1为凸壁面；另外，一个基于流向压力梯度的全局摩擦速度定义为：（7）整体坐标系下的脉动速度的均方根值在的无量纲化下，凹壁附近的湍流发展的比凸壁处要强；湍流的粘性底层厚度近似公式：（8）式（8）中d为流道内径，为反映壁面凹凸不平及摩擦力大小的管道摩擦因子；粘性底层厚度小于螺纹凸起部分的高度，粘性底层被破坏，湍流核心的流体冲击在螺纹凸起部分，在流道壁面附近，软性磨粒流流体在螺纹凸起后部出现了回流，产生了旋涡，加剧湍动程度。