本發(fā)明涉及一種管道轉(zhuǎn)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(jié)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?qū)ΨQ渦旋。

現(xiàn)有90°彎管均存在較強的二次回流（迪恩渦），在現(xiàn)有90°彎管中增加導流板，可以改善彎管的出口斷面壓力和流速分布，但對水流的阻力也增加較大。針對目前這些彎管存在的共同問題，設計一種帶導流筋板的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。

技術實現(xiàn)要素：

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°過流彎管，既能改善彎管內(nèi)的流動特性，又能減少彎管的阻力損失，給出基于管徑D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)明的目的是這樣實現(xiàn)的，一種帶導流筋板90°彎管，包括彎管，彎管包括進管口、出管口、進水直管、出水直管，進管口連接進水直管，出管口連接出水直管，彎管的進管口與進水直管的中心對齊，出管口與出水直管的中心對齊；垂直于彎管中心弧線的各斷面均為圓形斷面，各圓形斷面與彎管的進、出管口圓形斷面直徑相等；

其特征是：所述彎管的內(nèi)壁兩側(cè)對稱布置有導流筋板，所述導流筋板的厚度為彎管進、出管口直徑的0.005倍，寬度為彎管進、出管口直徑的0.07倍。

其中，導流筋板，用于抑制彎管內(nèi)橫向二次回流的發(fā)展，調(diào)整彎管內(nèi)的水流流速與壓力分布，減少二次回流引起的附加水流阻力損失。

所述導流筋板的型線與彎管中心線在同一曲面內(nèi)，導流筋板兩端距離彎管進、出管口的長度分別為進、出管口直徑的0～0.15倍。

所述導流筋板的高度為進、出管口直徑的0.07倍。

所述進管口一側(cè)的導流筋板端部為圓柱形，即導流筋板進管口端部為圓柱形。

所述彎管采用金屬、塑料或玻璃鋼材質(zhì)制作。

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小；（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(cè)，同時有脫離彎管內(nèi)側(cè)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。

h_f =ζ_f

h_j =ζ_j(v²/2g)

式中：

h_f—— 摩擦損失（沿程損失）；

h_j—— 局部損失；

ζ_f—— 摩擦損失系數(shù)；

ζ_j—— 局部損失系數(shù)；

v —— 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(jié)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×（D/2r_c）^0.5

式中：Re—— 雷諾數(shù)；

D —— 管道直徑，m；

r_c—— 表示彎管的曲率半徑，m；

n —— 傳統(tǒng)90°彎管曲率半徑與進口斷面直徑D 的比。

通過本發(fā)明，帶導流筋板90°彎管，彎管的中心弧線為圓弧型線，垂直于中心弧線的各斷面均為圓形斷面，各圓形斷面與彎管的進、出管口圓形面直徑相等，所述彎管的內(nèi)壁兩側(cè)對稱布置導流筋板，導流筋板的厚度為0.005D，寬度為0.06~0.08D ，導流筋板的型線與彎管中心線在同一曲面內(nèi)，導流筋板兩端距離彎管進、出管口分別為0～0.15D 長度，D為彎管的進管口、出管口的直徑。

本發(fā)明結(jié)構科學簡單，設計合理，從彎管內(nèi)二次回流的形成著手，抑制其發(fā)展，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)明帶導流筋板90°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%，加導流筋板的彎管可減少阻力損失約8%，彎管的水力性能好。由于管道彎頭數(shù)量巨大，節(jié)能作用十分顯著，應用推廣價值極大。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構圖。

圖2為本發(fā)明的結(jié)構圖。

圖3為本發(fā)明的線框圖。

圖4為本發(fā)明進管口部分的結(jié)構圖。

圖5為本發(fā)明進管口的線條圖。

圖6為本發(fā)明出管口部分的結(jié)構圖。

圖7為本發(fā)明出管口的線條圖。

圖8為本發(fā)明的彎管的連接結(jié)構圖。

圖中：1彎管、2導流筋板、3彎管斷面直徑、4中心弧線、5進管口、6出管口、7進水直管、8出水直管。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖以及附圖說明對本發(fā)明作進一步的說明。

一種帶導流筋板90°彎管，包括彎管1，彎管1包括進管口5、出管口6、進水直管7、出水直管8，進管口5連接進水直管7，出管口6連接出水直管8，彎管1的進管口5與進水直管7的中心對齊，出管口6與出水直管8的中心對齊；垂直于彎管1中心弧線4的各斷面均為圓形斷面，各圓形斷面與彎管1的進、出管口圓形斷面直徑相等；

在彎管1的內(nèi)壁兩側(cè)對稱布置有導流筋板2，導流筋板2的厚度為彎管1進、出管口直徑的0.005倍，寬度為彎管1進、出管口直徑的0.07倍，高度為進、出管口直徑的0.07倍；進管口5一側(cè)的導流筋板2端部為圓柱形。

導流筋板2的型線與彎管1中心線在同一曲面內(nèi)，導流筋板2兩端距離彎管1進、出管口的長度分別為進、出管口直徑的0～0.15倍。進水口筋板端部為圓柱形。彎管1采用金屬、塑料或玻璃鋼材質(zhì)制作。

進一步，具體描述為，帶導流筋板90°彎管的中心弧線為圓弧線，垂直于中心弧線4的各斷面均為等直徑D的圓形斷面。D為彎管的進管口5、出管口6的直徑。彎管的內(nèi)壁兩側(cè)對稱設置導流筋板2，導流筋板的厚度為0.005D，高度為0.07D ，導流筋板的型線與彎管中心線在同一曲面內(nèi)，導流筋板兩端距離彎管進、出管口分別為0～0.15D，進水口筋板端部為圓柱形。

依據(jù)直管的管徑選擇等管徑的彎管，進管口5接進水直管7，另一側(cè)出管口6接出水直管8，彎管的進、出管口斷面中心與兩側(cè)直管（進水直管7、出水直管8）的中心對齊，確保對接后無凸起等不良安裝現(xiàn)象。

此外，圖中“0”為彎管進管口和出管口的圓形面的圓心。

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，尤其是導流筋板的加工，保證導流筋板表面的光滑。

本發(fā)明的帶導流筋板90°彎管既可采用金屬材質(zhì)，也可采用塑料、玻璃鋼等材質(zhì)，滿足不同實際應用情況的需要。