[发明专利]一种控制低雷诺数U型弯管流动分离的变截面方法

摘要

一种通过改变截面面积来抑制低雷诺数U型弯管流动分离的变流态流动方案，涉及管路系统技术领域的被动流动控制技术。本发明的目的在于，提出一种适应性强、简单方便的抑制低雷诺数U型弯管分离流动变截面面积的方法，通过改变弯管中的流态和局部逆压梯度，提高流体的抗逆压梯度的能力来达到抑制低雷诺数U型弯管内流动分离的效果。所述低雷诺数U型弯管在上游段和弯曲段都有收缩，增加雷诺数，使流动从层流转变为湍流，并减小局部的逆压梯度，在下游直管段逐渐扩张恢复至之前的管径。本发明的有益效果在于：提出了一种有效抑制低雷诺数U型弯管内的流动分离的适应性强、成本低、易操作的控制手段，抑制了分离流动，降低了由于分离所产生的额外的阻力和损失。

主权项

1.一种低雷诺数U型弯管，其特征在于：低雷诺数的U型管路进口为低雷诺数的层流流动，通过进行变截面的收缩和扩张，达到改变流态和局部逆压梯度的目的，从而抑制分离，其中，低雷诺数U型管的中轴线不变，为恒定值；根据体积流量Q公式：根据雷诺数Re公式：其中U为管流的平均速度,D为管路的截面直径，υ为管路内流体的运动粘度系数；根据公式(1.1)和(1.2)可以得到以下关系式：公式(1.3)给出了流量不变情况下，雷诺数和截面直径间的关系；根据以上公式(1.3)，可以通过改变截面直径D，从而改变管内流动Re，达到改变流态，抑制流动分离的目的；在上游直管段，距离弯曲段的进口截面一定长度的上游截面开始进行收缩，截面直径D逐渐减小，雷诺数Re逐渐增加，使流动从层流转变为湍流；在弯曲段进行进一步收缩，截面直径D继续减小，一方面继续增加雷诺数Re，一方面减小局部逆压梯度；在下游直管段，从弯曲段出口截面至下游某一截面，截面直径D逐渐扩张到原来直径的大小，使雷诺数逐渐恢复至进口雷诺数，逐渐成为层流，有效利用层流的摩擦损失小的特性；所述收缩和扩张段都是平滑过渡。