风送型湿喷机管道输送系统进风分配阀结构对流场影响的分析研究.doc

风送型湿喷机管道输送系统进风分配阀结构对流场影响的分析研究 2011年第4期 铁道建筑 RailwayEngineering149 文章编号:1003—1995(2011)04—0149—03 风送型湿喷机管道输送系统进风分配阀结构 对流场影响的分析研究 贾向春,罗朝廷,郑朝保 (1.中国铁道科学研究院,北京100081;2.中铁西南科学研究院有限公司,成都610031) 摘要:本文针对目前TK500型湿喷机气料混合仓积料,影响料流形态和喷射质量的问题,设计了一种改 变料流形态和提高料流质量的气料混合仓进风分配阀优化方案,并采用数值模拟的分析方法,对原有方 案和优化方案进行了对比研究,最后通过试验验证表明:设计方案初步改善了目前所遇到的料流问题, 为今后解决此类问题提供了一种可行的方法. 关键词:风送式湿喷机管道输送系统进风分配阀流场分析 中图分类号:U455.481文献标识码:B 风送型湿喷机是利用压缩空气将已拌制好的混凝 土以稀薄流的形式输送至喷嘴并喷射到受喷面的 一 种设备.目前此类湿喷机在我国应用较为广泛,以 国内湿喷机的典型代表TK500型湿喷机为例,该机由 喂料系统,管道输送系统和液体速凝剂添加系统三部 分组成J.管道输送系统是实现均匀稀薄流输送的 重要环节,对它进行研究有重要的现实意义.,其工 作原理如图1所示.具体过程是气料混合仓中的混凝 土料与压缩空气混合后形成稀薄流形态,通过混凝土 喷射管道输送到喷嘴喷出.但是,气料混合仓中压缩 空气与混凝土混合的混合方式研究相对滞后,至今还 未见到有相关的研究成果报道.目前,柳吉安对圆 管连续气力输送湿喷混凝土的流动形态一停滞流进行 了分析;陈润余对通过计算不同输送距离的压力损 失来保证喷嘴有稳定的气流速度进行了探讨;乔国 恩介绍了实现稀薄流浮游输送的理论依据和技术 途径.但是这些仅是理论分析,还未应用到实践中. 本文是针对目前TK500在工程应用中出现气料 混合仓积料影响喷射质量的问题,设计了一种新的配 风方案,见图2(左图方案一为原有方案,右图方案二 为设计方案,后同).借助数值分析的方法,采用标准 一 湍流模型仿真模拟了此两种方案的流场分布,研 究分析结果对优化气力输送管路系统,改善料流形态 和提高料流质量具有指导意义. 收稿日期:2010.10-13;修回日期:2010.12-31 作者简介:贾向春(1985一),男,陕西靖边人,硕士研究生. 1.混凝土拌合料进口,2.压缩空气管,3.弯管,4.进风分配阀,5.气料混合仓 6.变径管,7.气料混合出口. 图1气料混合工作原理 l数学模型 建模分析之前需做如下假设:假设整个流动过程 为稳定紊流,流体为不计重力的压缩空气,不考虑温度 变化,两种方案的流动过程是在同样的初始压力条件 下进行的,即为机器正常工作时工作风压. /oooo\ ooo}ooo e-e毛)__e-e oooiooo oo(i)oo \Q/ (a)方案一 图2两种方案 (b)方案二 1.1控制方程 由于气体在管内流动呈各向同性,无强旋流,故选 用标准模型.i}一s模拟其流场.假设整个流动过程为 150铁道建筑 稳态湍流,不可压缩,忽略重力引起的对流时,标准k— s模型的湍流动能和耗散率方程为 湍流动能k方程 += 毒+脚a￡aa,L\rr,/a,J 湍流动能耗散率s方程 += 毒+o-1++~/ax)Oxafa.aL\. o 2 cl÷G—Cp 式中,为速度;为动力黏度;为湍流动力黏度;P 为密度;为空间坐标;下标√表示空间坐标的方向; k为湍流动能;s为湍流动能耗散率;drdr分别为对 和的湍流普朗特数;C,C:为常数;G是由于平均 速度梯度引起的湍流动能的产生项. 1.2边界条件及算法 1)人口边界条件:入口为常温条件下的空气,压 力为0.4MPa. 2)出口边界条件:流动充分发展的标准压力出 口,出口压力为外界大气压. 3)壁面边界条件:壁面处采用无滑移边界条件. 4)选用二阶迎风差分格式和SIMPLE算法求解. 2计算结果分析 2.1两种方案模拟结果对比分析 通过对两种不同方案的分析,计算结果列入表1. 结果表明:主要影响流场分布的因素是弯管,变径管和 进风分配阀.方案一和方案二的最大压力和最小流速 都出现在相同的位置,只是方案一的压力为方案二的 2倍.最小压力都小于零,说明流场有负压形成.其 中方案一在进风分配阀处形成,说明流体流通效果不 好.最大流速的分布也不同,这主要是由于进风分配 阀的横截面积不同,方案一由于面积过小,对气体的阻 碍加大,因而速度过高. 表1两种方案的数值模拟压力与速度的对比 2.2进风分配阀处流场计算结果分析 由于进风分配阀的安装,使整个管路的截面积缩 小,同时也扰乱了整个流场,使得管道内局部压力和流 速发生明显的变