專利名稱：新型90°變曲率彎管的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種管道轉彎連接用的彎管，尤其是能改善彎管內(nèi)的流動特性，減少彎管的阻力損失，改善彎管出口流態(tài)的彎管的結構，屬于流體工程技術領域。
背景技術：
彎管廣泛地存在于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、市政等設備上，如水力機械、流體機械、油氣輸運和給排水的管路系統(tǒng)等。通常的彎管均為等曲率的圓弧彎管，其內(nèi)部的二次流強度較大，導致阻力損失增加。二次流是指在一定主流速度、一定幾何邊界條件下，粘性流體做曲線運動時所產(chǎn)生的一種有規(guī)律的伴隨運動。流體以一定的流速流經(jīng)管道拐彎處，受到管道彎曲的限制就會改變流動方向，在彎管的壁面附近形成分離區(qū)，管道橫截面上產(chǎn)生二次流動，這樣的二次流不僅會造成流體能量的損失，而且形成的局部阻礙區(qū)域也使流動系統(tǒng)的阻力增大。 彎管內(nèi)的二次流主要是指迪恩渦，即不可壓縮流體在彎管內(nèi)流動時，因離心力的作用而形成一對反向對稱渦旋?，F(xiàn)有90°彎管主要為等曲率半徑的彎管，即彎管的中心弧線為四分之一圓弧，均存在較強的迪恩渦，在現(xiàn)有90°彎管中增加導流板僅能改善彎管的出口斷面壓力和流速分布，但會增加其阻力損失。針對目前這些彎管存在的共同問題，設計一種新型90°過流彎管其意義及推廣應用價值就顯得非常大，不僅能改善彎管內(nèi)的流動特性，而且可減少彎管的阻力損失，改善彎管出口的流速分布。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對上述現(xiàn)有技術存在的不足，提供一種新型90°變曲率過流彎管，能改善彎管內(nèi)的流動特性，減少彎管的阻力損失，改善彎管出口流態(tài)，給出基于管徑々 的參數(shù)化控制尺寸，且加工制作簡單，方便進行批量生產(chǎn)，便于實際工程的推廣應用。本發(fā)明基于最小阻力原理和迪恩數(shù)方程對彎管進行設計，以達到
(1)過流彎管的阻力損失最?。?br> (2)改善彎管內(nèi)部的流動特性。流體最小阻力原理和應用
流體最小阻力原理指流體在一定流通量的情況下總是沿著阻力最小的路徑流動或以阻力最小的方式流動。實際上，這是自然界普遍遵循的法則。水流在彎管中流動受離心慣性力的作用而趨向于彎管的外側，同時有脫離彎管內(nèi)側的趨向。因此，彎管中的阻力損失一是水流與管壁之間的摩擦損失，二是水流脫離邊壁造成的漩渦損失。hf^Cf hj =Cj(v2/2g)
式中
h f——摩擦損失(沿程損失)；hj——局部損失； f——摩擦損失系數(shù)； ζ j——局部損失系數(shù)； κ——管道內(nèi)水流流速。迪恩數(shù)方程
基于迪恩渦對的產(chǎn)生是由于彎管內(nèi)流體所受離心力和粘性力相互作用的結果，并基于迪恩數(shù)方程進行計算，迪恩數(shù)是彎管內(nèi)流動的離心力和粘性力的比值，即 Dn=Re X OV2rc)0.5 式中徹——雷諾數(shù)； D——管道直徑，m ； r?！硎緩澒艿那拾霃剑琺; η——傳統(tǒng)90°彎管曲率半徑與進口斷面直徑々的比。本發(fā)明的技術方案是新型90°變曲率彎管，其特征是，所述彎管的中心弧線為逐步增大曲率的變曲率弧線或四分之一的橢圓型線，垂直于中心弧線的各斷面均為圓形斷所述圓形斷面為與彎管的進、出管口等直徑的圓形面。所述彎管的內(nèi)壁兩側對稱布置肋條，肋條的厚度為0. 005々，高度為0. 05々，肋條的型線與彎管中心線在同一曲面內(nèi)，肋條兩端距離彎管進、出管口分別為0. 33 0. 36管口直徑長度?！閺澒艿倪M口、出口的直徑。本發(fā)明結構科學簡單，設計合理，從彎管內(nèi)迪恩渦的形成著手，抑制彎管段內(nèi)迪恩渦的流動，迫使渦核的位置發(fā)生改變，調(diào)整彎管內(nèi)的流速與壓力分布，減少因迪恩渦而引起的阻力損失，為彎管出口提供更好地出流條件，加快直管段內(nèi)完全消除迪恩渦現(xiàn)象。對減少彎管的阻力損失和改善內(nèi)部流態(tài)有重要意義和應用價值。本發(fā)明適用于各種管路系統(tǒng)和具有90°彎管的機械設備中，減少阻力損失，改善內(nèi)部流態(tài)，提高整個管路或機械設備系統(tǒng)的水力效率。本發(fā)明新型90°變曲率彎管的阻力損失小，根據(jù)三維流動計算，相比同等中心弧長的傳統(tǒng)90°等曲率半徑的彎管可減少阻力損失約4%，加肋條的彎管可減少阻力損失約 8%，彎管的水力性能好，節(jié)能作用十分顯著，應用推廣價值巨大。


圖1為本發(fā)明的結構示意圖。圖2為本發(fā)明的剖面示意圖。圖3為圖2中的A-A剖面示意圖。圖4為本發(fā)明的使用狀態(tài)示意圖。圖中1肋條；2長軸；3短軸；4中心弧線；5進口 ；6出口 ；7進水直管；8出水直管。
具體實施例方式新型90°變曲率彎管的中心弧線為逐步增大曲率的變曲率弧線或四分之一的橢圓型線，垂直于中心弧線4的各斷面均為等直徑々的圓形斷面。々為彎管的進口 5、出口 6 的直徑。彎管的內(nèi)壁兩側對稱設置肋條1，肋條的厚度為0.005々，高度為0.05々，肋條的型線與彎管中心線在同一曲面內(nèi)，肋條兩端距離彎管進、出管口分別為0. 33 0. 36々。新型90°變曲率彎管，依據(jù)直管的管徑選擇等管徑的新型變曲率彎管，曲率小(短軸3)的一側進口接進水直管7，另一側(長軸2)接出水直管8，彎管進、出管口斷面中心與兩側直管的中心對齊，確保對接后無凸起等不良安裝現(xiàn)象。本發(fā)明適用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、市政等領域中的管路系統(tǒng)及機械(如泵、水輪機)中，應確保按照設計要求進行機械制造，尤其是肋條的加工，保證肋條表面的光滑。本發(fā)明的90°變曲率彎管既可采用金屬材質，也可采用塑料、玻璃鋼等材質，滿足不同實際應用情況的需要。
權利要求
1.新型90°變曲率彎管，其特征是，所述彎管的中心弧線為逐步增大曲率的變曲率弧線或四分之一的橢圓型線，垂直于中心弧線的各斷面均為圓形斷面。
2.根據(jù)權利要求1所述的新型90°變曲率彎管，其特征是，所述圓形斷面為與彎管的進、出管口等直徑的圓形面。
3.根據(jù)權利要求1所述的新型90°變曲率彎管，其特征是，所述彎管的內(nèi)壁兩側對稱布置肋條，肋條的厚度為0. 005隊高度為0. 05隊肋條的型線與彎管中心線在同一曲面內(nèi)， 肋條兩端距離彎管進、出管口分別為0. 33 0. 36管口直徑長度。
全文摘要
新型90°變曲率彎管，屬于流體工程技術領域。彎管的中心弧線為逐步增大曲率的變曲率弧線或四分之一的橢圓型線，垂直于中心弧線的各斷面均為圓形斷面。所述圓形斷面為與彎管的進、出管口等直徑(D)的圓形面。所述彎管的內(nèi)壁兩側對稱布置肋條，肋條的厚度為0.005D，高度為0.05D，肋條的型線與彎管中心線在同一曲面內(nèi)，肋條兩端距離彎管進、出管口分別為0.33～0.36管口直徑(D)長度。本發(fā)明結構科學簡單，設計合理，抑制迪恩渦，減少因迪恩渦而引起的阻力損失4-8%，提高整個管路或機械設備系統(tǒng)的水力效率。
文檔編號F15D1/04GK102410421SQ201110285049
公開日2012年4月11日 申請日期2011年9月23日 優(yōu)先權日2011年9月23日
發(fā)明者劉超, 楊帆 申請人:揚州大學