[发明专利]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

权利要求书

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。

2.实现权利要求1所述的一种能有效增强软性磨粒流湍流的方法的专用流道装置，其特征在于：包括流道底座，所述底座是三棱柱结构，所述底座的三顶角上设有平行于底座各侧面的切面，所述三顶角的各切面上分别开有流体进口和流体出口；所述底座上表面的中心线处开有沉槽，所述沉槽内开有矩形槽，所述矩形槽的两端开有沉孔，所述矩形槽一端的沉孔与流体出口连通，另一端沉孔与两流体进口连通，所述流体进口通往沉孔的流道里端壁面上设有大螺距螺纹；所述矩形槽内安装有约束流道，所述约束流道上安放有约束模块，所述约束模块通过盖板固定在底座内。

3.根据权利要求2所述的一种能有效增强软性磨粒流湍流的方法的专用流道装置，其特征在于：所述沉孔的直径大于矩形槽的宽度。

4.根据权利要求2或3所述的一种能有效增强软性磨粒流湍流的方法的专用流道装置，其特征在于：所述盖板是长方体结构，所述盖板在长度方向中心线的两侧开有光孔，其通过双头螺柱和螺母配合固定在底座上。

5.根据权利要求4所述的一种能有效增强软性磨粒流湍流的方法的专用流道装置，其特征在于：所述约束模块是一T字形结构，包括平板和设立在平板上的约束主体，所述平板的长宽尺寸小于沉槽的长宽尺寸，其厚度与沉槽的厚度相等，所述约束主体的两个端面是梯形结构，其沿长度方向的尺寸是渐变状。

6.根据权利要求5所述的一种能有效增强软性磨粒流湍流的方法的专用流道装置，其特征在于：所述约束流道的横截面是矩形，其尺寸与矩形槽相同，所述约束流道的流道形状与约束主体的外形类似。

7.根据权利要求6所述的一种能有效增强软性磨粒流湍流的方法的专用流道装置，其特征在于：所述约束模块的平板和底座的沉槽之间设有密封圈。