论文摘要
本文旨在以铝箔金属柔性风管为研究对象,根据国家标准GB/T 1236-2000[1]搭建柔性风管实验台,对柔性风管进行实验研究,探索铝箔金属柔性风管弯曲状态下局部阻力损失特性,其研究成果可为工程设计提供技术支持。使用数值模拟的方法,分析柔性风管弯曲部分流场特性,找出影响局部阻力损失的因素。通过本项目的数值模拟和实验研究,得出以下结论:1)在柔性风管的风管转弯弯曲部分,其内侧金属薄膜褶皱密集,粗糙度大;弯曲部分外侧金属薄膜褶皱分散,粗糙度小;弯管流场压力和速度分布比刚性风管更为复杂,在相同参数条件下,与刚性风管相比,二次涡旋回流区更加强烈,柔性风管比刚性风管的局部阻力损失要大。2)柔性风管弯曲段中的流场特征十分明显,弯管处压力梯度倾斜向出口段,弯管内侧出现强烈的二次涡旋回流区。在弯曲部分末端回流区占据管段的大半区域,紊流中心断面呈月牙状分布于转弯外侧管壁处。弯管对上下游管段都产生影响,上游管段影响到1至2倍管径距离,下游管段影响距离大于等于15倍管径。3)管径变化对于柔性风管压力损失的影响相对较小,二次回流区有轻微变化,整个流态及回流影响波及范围基本保持不变。因相同材料的柔性风管绝对粗糙度（Ks）可视为恒定值,随着管径的变小,当量粗糙度（Ks/D）增大。对于小管径而言,同样高度的褶皱,其当量粗糙度亦大于大管径的当量粗糙度,故小管径造成的二次涡旋回流更剧烈,对紊流核心的耗散更大,因此小管径柔性风管弯曲部分局部阻力损失较大管径大。当管径增大到一定程度,当量粗糙度增大幅度变小,褶皱内壁的影响变小,局部阻力损失变化幅度相对平缓。4)入口风速对柔性风管弯曲段阻力损失的影响强烈。随着入口风速增大,阻力损失大增。压力损失变化的实质是管径不变时随着入口风速增大,雷诺数在不断增加,管内二次回流在增大,压力损失在加大。5)转弯角度对柔性风管阻力损失影响很大。随着弯曲角度增大,紊流主流的速度变化减少,柔性风管弯曲部分的褶皱密集程度变小,导致粗糙度变小,二次涡旋回流区变小,二次回流对主流的耗散变弱,因此局部阻力损失变小。局部阻力损失减少的幅度较平缓。6)经实验测量和计算,实验使用铝箔柔性风管的绝对粗糙度Ks为0.00568m。7)根据本项目的研究成果,制作出绝对粗糙度为Ks=0.00568m,R/D=1.5,弯曲角度分别为90°、110°、135°、150°（对应圆管弯头偏转为90°、70°、45°、30°）,Re<2×105的柔性风管局部阻力系数表,可为工程提供技术支持。