賈曉萌，孫西歡，李永業(yè)

(太原理工大學 水利科學與工程學院，太原 030024)

傳統(tǒng)運輸方式漸漸難以滿足人們高速、便捷、綠色環(huán)保的發(fā)展理念，因此探尋高效、環(huán)保、節(jié)能的新型運輸方式勢在必行?；诖吮尘疤岢鐾惭b料管道水力輸送技術[1]。筒裝料管道水力輸送是以密閉容器為載體(一般為圓形料筒)，以水為媒介，利用水壓力將物體輸送到目的地的一種新型運輸方式[2]。當管道車在管道中處于靜止狀態(tài)時，水流流經(jīng)管道車車體和支撐體屬于類圓柱體繞流問題[3-7]，而管道車車身壁面和管壁面形成的環(huán)狀縫隙又屬于環(huán)狀縫隙流問題[8-9]，由于黏性阻力的存在管道車車壁面處形成邊界層，屬于靜邊界層問題[10-12]，當管道車在管道中運動時則又涉及到動邊界和流固耦合等問題[13-20]，同時筒裝料管道輸送技術還涉及自動化、交通運輸?shù)葐栴}。因此，加強對筒裝料管道水力輸送技術的研究具有十分重要的意義。

目前，國內(nèi)外學者已經(jīng)對筒裝料管道水力輸送展開了研究。Mohamed等[21]分別運用代數(shù)模型、k～ω和k～ε模型對長直車體與管道形成的環(huán)狀縫隙內(nèi)的壓力場進行了數(shù)值模擬，并通過物理試驗進行驗證，發(fā)現(xiàn)模擬結(jié)果同試驗結(jié)果基本一致；Asim等[22]采用數(shù)值模擬的方法對水平方向和豎直方向運動的管道車所產(chǎn)生的壓力場進行了計算，結(jié)果發(fā)現(xiàn)豎直運動的管道車環(huán)狀縫隙內(nèi)的壓力梯度變化要大于水平運動；鄭偉[23]通過模型試驗對靜止狀態(tài)下不同導葉長度的管道車周身的環(huán)狀縫環(huán)隙螺旋流進行研究，得出了管道車車身不同斷面的壓力變化和流速分布；吳劍等[24]對不同直徑條件下的管道車車身環(huán)狀縫隙流軸向速度進行了測量，發(fā)現(xiàn)隨著車徑的增加，環(huán)狀縫隙流軸向速度增大且分布逐漸變得均勻；魯一凡等[25]對不同縫隙寬度條件下的車后斷面軸向流速進行了分析研究，發(fā)現(xiàn)隨著環(huán)狀縫隙寬度的增加，車后斷面軸向流速變化幅度逐漸降低，且隨著距離車后斷面距離的增大，環(huán)狀縫隙流軸向速度逐漸降低并趨于斷面平均流速。

當管道車處于靜止狀態(tài)時，環(huán)狀縫隙內(nèi)的流速分布和壓力分布會對管道車的啟動狀態(tài)產(chǎn)生影響，而雷諾數(shù)的大小又直接影響了環(huán)狀縫隙內(nèi)流速和壓力的變化。因此，本文通過數(shù)值模擬、物理模型試驗驗證和理論分析相結(jié)合的方法對不同雷諾數(shù)條件下靜止管道車環(huán)狀縫隙流場進行研究，從而進一步豐富管道車環(huán)狀縫隙流理論，為筒裝料管道水力輸送技術盡快實現(xiàn)工程應用提供一定的理論基礎。

1 數(shù)值模擬設計

1.1 控制方程

數(shù)值模擬過程中假設流體為不可壓縮黏性流體，則其連續(xù)方程(公式(1))和N-S方程(公式(2))如下：

(1)

(2)

由于管道內(nèi)環(huán)狀縫隙流為湍流，而對于充分發(fā)展的高雷諾數(shù)湍流，使用RNGk～ε湍流模型較為合適，其相關方程如下：

(3)

(4)

1.2 幾何模型尺寸和相關邊界條件

模型尺寸越接近于實際尺寸，數(shù)值模擬的準確度越高，同時為了減小運算量，在確保計算精確度的基礎上，對模型進行適當?shù)暮喕?，通過Auto CAD軟件進行模型構(gòu)建，再將其導入ICEM中進行網(wǎng)格劃分。試驗模型主要包括管道車和圓形管路兩部分(如圖1所示)。管道車作為本次數(shù)值模擬的核心部件主要由圓柱形料筒和類圓柱形支撐體兩部分構(gòu)成，具體結(jié)構(gòu)模型如圖2所示。管道由內(nèi)徑為0.1 m、長度為2 m的有機玻璃管組成。管道車中心距離入口和出口的距離均為1 m(考慮到紊流的充分發(fā)展)。同時以水流流動方向為正方向，按照管道車與水流先后接觸順序?qū)⒐艿儡囓嚿淼确譃檐嚽?、車中、車后三個斷面。

圖1 幾何模型

(a)管道車物理模型

根據(jù)公式v=Re·μ/ρd，分別求解不同雷諾數(shù)條件下的管道內(nèi)水流平均流速，并將其作為速度入口的值代入計算模型。根據(jù)試驗實測得到不同雷諾數(shù)條件下的管道出口處壓力值，分別將其代入計算模型。

1.3 網(wǎng)格劃分

本次試驗采用1∶1等比例構(gòu)建模型，由于管道車兩端有支撐體存在，使得管道車整體結(jié)構(gòu)相對復雜，為了提高試驗計算精度，將整個系統(tǒng)劃分為三個部分，即管道上游區(qū)域、管道車區(qū)域和管道下游區(qū)域，分別對這三部分進行網(wǎng)格劃分。由于管道上游和下游區(qū)域內(nèi)無管道車的存在，結(jié)構(gòu)相對簡單，在網(wǎng)格劃分時所用尺寸相對較大，采用4 mm非結(jié)構(gòu)化六面體網(wǎng)格進行劃分，而管道車區(qū)域則采用1.5 mm的四面體非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格進行劃分。同時由于管道車自身結(jié)構(gòu)會對環(huán)隙流場產(chǎn)生影響，為了計算的準確度，對管道車近壁面進行網(wǎng)格加密，壁面到第一層網(wǎng)格節(jié)點的距離為0.1 mm，共5層，層間遞變梯度為1.2。

1.4 算法選擇

由于SIMPLEC算法具有精度高、穩(wěn)定性好、計算速度相對較快等優(yōu)點，因此本次模擬的壓力與速度耦合使用SIMPLEC算法。對流項采用二階差分格式，動量方程、湍動能方程和湍流耗散率方程均采用二階迎風格式。各項收斂精度設置為0.000 1。

2 物理試驗設計

2.1 試驗系統(tǒng)

為驗證相關數(shù)值模擬結(jié)果的正確性，進行物理模型試驗，試驗系統(tǒng)如圖3和圖4所示。試驗開始前先將試驗水箱9注滿水，并加入示蹤粒子，之后將管道車固定于測試管段7，通過離心泵1將水箱中的水抽入管道當中，通過調(diào)節(jié)閥2和電磁流量計3調(diào)節(jié)試驗所需流量，待管路內(nèi)水流穩(wěn)定之后，使用LDV激光流速儀進行測試，記錄相應的試驗結(jié)果。

1.離心泵; 2.調(diào)節(jié)閥; 3.電磁流量計; 4.管道車投放裝置; 5.管道車制動裝置; 6.電子計算機; 7.試驗管段; 8.LDV激光流速儀; 9.試驗水箱。

圖4 試驗管路和測試系統(tǒng)

2.2 測點布置

本次試驗所用管道車尺寸為150 mm× 80 mm(長×直徑)，沿管道車車身方向每隔30 mm設置一個斷面，共設置6個斷面，在每個斷面上分別布置測點。管道車與管壁之間形成同心環(huán)狀縫隙，縫隙寬度L=10 mm，沿管徑方向分別布置五個測環(huán)，如圖5所示。沿直角坐標系順時針方向每隔30°做管道半徑(后稱極半徑)與測環(huán)相交，交點即為測點，共布置六十個測點。

圖5 斷面測點布置示意圖

2.3 試驗方案

本文研究不同雷諾數(shù)條件下管道車環(huán)狀縫隙流流速分布狀況，同時為便于物理模型試驗進行驗證，所選雷諾Re分別為：Re1=115 513、Re2=154 018、Re3=192 522，對應流量為30 m3/h、40 m3/h、50 m3/h，進行模型試驗時可通過調(diào)節(jié)閘閥來改變流量大小，之后通過LDV激光流速儀對不同雷諾數(shù)下管道車環(huán)狀縫隙流場進行測試。具體試驗方案，見表1。

表1 試驗方案

3 結(jié)果分析

3.1 環(huán)狀縫隙流流速特性分析

本次試驗對三種不同雷諾數(shù)下的管道車環(huán)狀縫隙流場進行了數(shù)值模擬，管道內(nèi)流速、環(huán)狀縫隙流流速以及前后支撐體斷面流速值如表2所示，同時選取雷諾數(shù)為Re2=154 018時的車前、車中和車后斷面以及前后支撐體斷面的三維速度分布云圖(如圖6所示)進行分析研究，其它雷諾數(shù)不做重復贅述。

表2 不同雷諾數(shù)下平均流速

(a)車前斷面

從表2可以看出：當雷諾數(shù)一定時，環(huán)狀縫隙內(nèi)水流平均流速大于管道內(nèi)水流平均流速，且前后支撐體斷面處的平均流速也大于管道內(nèi)的平均流速，這主要是由于當水流流經(jīng)支撐體斷面和環(huán)狀縫隙斷面時，過水斷面面積減小，根據(jù)連續(xù)性方程A1V1=A2V2可知，當斷面面積變小時，流速相應增大，由于環(huán)狀縫隙斷面面積遠小于管道斷面面積，從而使得環(huán)狀縫隙流流速增大，前后支撐體斷面較管道斷面略小而大于環(huán)狀縫隙斷面面積，使得流經(jīng)前后支撐體斷面處的平均流速大于管道內(nèi)平均流速而小于環(huán)狀縫隙流平均流速。隨著雷諾數(shù)的增大，管道內(nèi)水流平均流速、前后支撐體斷面處平均流速以及環(huán)狀縫隙內(nèi)水流平均流速均呈現(xiàn)出逐漸增大的變化趨勢。這主要是由于隨著雷諾數(shù)的增大，圓管水流流速也逐漸增大，依據(jù)連續(xù)性方程，環(huán)狀縫隙流流速也相應增大。

從圖6可以看出：同一雷諾數(shù)條件下，管道車車前、車中和車后三個斷面的流速分布大致相同，均以管道中心成同心圓分布，即半徑相等的圓環(huán)上環(huán)狀縫隙流流速大致相等。從圖6還可以看出，對于車前、車中和車后斷面而言，靠近管壁和管道車壁面處的流速基本為0，而環(huán)狀縫隙中部位置處流速較大，即沿管道半徑方向，從管道車車壁面到管壁面環(huán)狀縫隙流流速呈現(xiàn)出先增大后減小的變化趨勢。這是因為管道車和圓管固定不動，車身壁面和管壁處的流速為零，同時由于黏性阻力的存在導致靠近管道車車壁和管壁處的水流流速較小，隨著離管道車壁面和管道壁面的距離逐漸增大，環(huán)狀縫隙流所受束縛作用逐漸減小，環(huán)狀縫隙流流速也逐漸增大，在靠近環(huán)狀縫隙中央位置處環(huán)狀縫隙流流速達到最大。

從圖6車前、車后支撐體斷面的速度分布云圖可以看出：前后支撐體斷面處水流均呈現(xiàn)同心環(huán)狀分布，即沿管道半徑方向，自管道中心位置向管壁面流速呈現(xiàn)出先增大后減小的變化趨勢，且在到達支撐體附近區(qū)域時流速值達到最大。這主要是由于支撐體距離管道車端面較近，管道車前后端面對水流起到阻礙作用，使得靠近該區(qū)域的水流流速值較低，而由于支撐體頂端與管道壁面存在微小縫隙，水流在流過支撐體頂部時，發(fā)生類圓柱體繞流現(xiàn)象，且斷面急速收縮流線在此處被急速壓縮并發(fā)生一定彎折，使得水流速迅速增大。從圖6中還能觀察到車后支撐體斷面流速變化較車前支撐體斷面劇烈，且車后支撐體斷面在靠近管道壁面附近存在一個水流高速區(qū)，而車前支撐體斷面在靠近管壁附近流速分布則相對緩和，這主要是由于水流在剛接觸車前支撐體而未進入縫隙時流速較小，且在管道中分布較為均勻，在車前支撐體處雖也產(chǎn)生了繞流，但流速變化相對較小；而對于車后支撐體，當水流自環(huán)狀縫隙流出時，流速已遠大于管道內(nèi)水流平均流速，由于支撐體距離車后斷面距離較近，水流還未充分擴散流速也還未變小，所以在接觸到車后支撐體且發(fā)生繞流時，水流速依然很大，從而使得車后支撐體附近的流速要大于車前支撐體。由此可知，支撐體附近的流場分布變化更加復雜，且支撐體的存在對車前、車后斷面以及環(huán)狀縫隙內(nèi)的流場分布都起到一定的影響作用，因此加強對支撐體附近流場的研究分析，可為支撐體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化提供一定的理論指導。

為了進一步分析環(huán)狀縫隙流沿車身的變化規(guī)律，選取雷諾數(shù)Re2=154 018時的管道縱斷面進行研究，如圖7所示。

圖7 雷諾數(shù)Re2=154 018時管道縱斷面流速分布云圖

圖7為管道軸線所在縱斷面，從圖中可以看出：水流在管道中流動且未到達車前斷面時，水流速度相對較小，當水流到達管道車前端時，由于管道車靜止不動，對水流起到阻礙作用，端面近壁面處流速減小，水流流入環(huán)狀縫隙時，在環(huán)狀縫隙入口處流速突然增大，之后沿車身方向水流流速逐漸降低，當水流接近管道車車后斷面位置時，水流流速又稍稍增大，這與上文的分析相一致，通過物理試驗也驗證了這一結(jié)論。水流流出環(huán)狀縫隙后在車后支撐體處流速又再次增大。當水流離開管道車后，靠近管道壁面的水流流速并未迅速減小到管內(nèi)平均流速大小，而是沿管道壁面向下游擴散一定距離之后逐漸趨于穩(wěn)定，最終恢復到管道內(nèi)平均流速大小。從圖7中還可以看出當水流流出環(huán)狀縫隙后，在距車后端面不遠處出現(xiàn)一個流速稍大的圓形區(qū)域，這主要是由于水流流出環(huán)狀縫隙后，部分水流向管道中心位置擴散，同時由于部分水流回流向端面，在靠近管道車端面附近形成漩渦，從局部矢量圖中能觀測出在車后端面處有上下兩個漩渦，上部漩渦成順時針方向，下部漩渦成逆時針方向，上下漩渦的水流在管道中心位置處相交匯，且速度方向相同均朝向管道車車后端面，進而使得該位置處的水流流速增大；而隨著距離管道車端面距離的不斷增大，漩渦逐漸消失，管道中心位置處的水流也漸漸恢復到管道內(nèi)平均流速的大小。

3.2 壓強特性分析

為對管道內(nèi)壓強變化進行研究，選取雷諾數(shù)Re3=192 522時0°極軸位置處管道縱斷面沿程壓強分布云圖進行分析，如圖8所示。

圖8 沿程壓強分布云圖

從圖8中可知：管道車上游位置處壓強值較大，而管道車車身周圍壓強值較小，靠近管道車車后斷面位置處壓強值也較小，而隨著距管道車車后斷面距離的增加壓強值又逐漸增大；同時還發(fā)現(xiàn)在環(huán)狀縫隙入口和車后支撐體附近處出現(xiàn)了負壓區(qū)。為了更加準確分析沿程壓強變化情況，繪制不同雷諾數(shù)下沿程壓強變化曲線，如圖9所示。

Re1=115 513

圖9中橫坐標為0的位置表示管道車中心位置，0刻度左側(cè)數(shù)字表示管道車中心距上游速度入口的距離，0刻度右側(cè)數(shù)字表示管道車中心距壓力出口的距離。從圖9可以看出：① 不同雷諾數(shù)條件下，管道內(nèi)壓強值沿程變化的趨勢大致相同，即從上游入口處到管道車車前斷面壓強值較大且沿程逐漸降低，而在管道車車前斷面處壓強值迅速降低，之后在車后斷面處壓強值又開始逐漸升高，待壓強值增大到一定程度后又沿程逐漸降低，只是降低的幅度較小。這主要是由于在管道車上游位置處水流流速變化較小即動能變化不大，同時由于阻力的存在，造成部分能量的損失，根據(jù)能量方程可知，管道內(nèi)壓能也隨之降低，即壓強值沿程降低；當水流到達環(huán)狀縫隙后，水流流速急速增大，使得動能瞬間增大，此時壓能隨之迅速降低，因此壓強值在管道車車前斷面處突然降低，甚至出現(xiàn)了負壓區(qū)；當水流流出環(huán)狀縫隙之后，由于水流擴散導致流速降低，此時壓強值開始升高，隨著距車后斷面距離的增加，水流流速逐漸趨于穩(wěn)定，壓強值也逐漸達到最大，之后由于沿程水頭損失，壓能逐漸降低，壓強值又開始沿程減小。② 隨著雷諾數(shù)的增大，管道車上游斷面、環(huán)狀縫隙內(nèi)以及管道車下游斷面的壓強值均呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢，只是上游斷面的增加值大于環(huán)狀縫隙內(nèi)和下游斷面，且環(huán)狀縫隙內(nèi)部壓強值隨雷諾的變化相對較小。同一雷諾數(shù)條件下，管道車上游位置處壓強值大于下游和環(huán)狀縫隙內(nèi)部壓強值，這主要是由于管道車在管道內(nèi)固定不動，對水流起到了擁堵作用，進而使得上游壓強值增大；而在環(huán)狀縫隙內(nèi)部，壓強呈現(xiàn)出現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢，這主要是由于水流流速在環(huán)狀縫隙內(nèi)呈現(xiàn)出先減小后增大的變化趨勢，動能也呈現(xiàn)出先減小后增大的變化趨勢，進而使得壓能呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢。

3.3 渦特性分析

旋渦的存在是造成管道內(nèi)能耗損失的一個重要原因，同時由于靜止管道車車身軸線與水流方向平行，這與傳統(tǒng)的圓柱軸線與水流垂直的繞流形式不同，存在區(qū)別和差異。因此，通過數(shù)值模擬計算，對不同雷諾數(shù)下的渦量特性進行分析，其渦量分布云圖，如圖10所示。

圖10 不同雷諾數(shù)下0度極軸位置處縱斷面渦量分布云圖

從圖10中可以發(fā)現(xiàn)：① 車前與車后斷面附近渦量值較高，這主要是由于在環(huán)狀縫隙進口處發(fā)生圓柱繞流，且車前斷面收縮變小使得流速迅速增大，其動能也迅速增大，根據(jù)能量方程車前斷面處壓能減小，水流由高壓區(qū)壓向低壓區(qū)，在車前斷面靠近管道車壁面處形成漩渦，由于車前斷面流速較大使得水流混摻劇烈程度增大，渦量值也隨之增大。而對于車后斷面，由于該處斷面面積突然擴大，水流流速降低，動能也隨之降低，壓能隨之升高，此處水流被壓向低壓區(qū)，在靠近出口斷面的低壓區(qū)附近水流相互混摻形成漩渦，使得縫隙出口處渦量值變大。前后支撐體附近渦量值也較大，這主要是因為在前后支撐體附近發(fā)生經(jīng)典圓柱體繞流現(xiàn)象，使得該處的水流混摻效果增強，導致渦量增大。② 隨著雷諾數(shù)的變化，在縫隙進口端和出口端并未觀察到明顯的脫渦現(xiàn)象，支撐體附近雖然發(fā)生了繞流但也未形成脫渦，這主要是由于環(huán)狀縫隙進出口與管道壁面形成有限封閉區(qū)間，限制了渦的發(fā)展。③ 隨著雷諾數(shù)的增大，渦量值也呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢，這主要是由于雷諾數(shù)增大，水流流速相應增大，水流之間的相互混摻變的更加劇烈，能量耗散也增大，相應的渦量值增大。

3.4 數(shù)值模擬驗證分析

通過對比模型試驗和數(shù)值模擬結(jié)果，驗證數(shù)值模擬的準確性，選取車前斷面0°極軸位置處不同極半徑的速度實測值與模擬值進行對比分析，如圖11所示。

從圖11看出，試驗實測值在模擬值上下浮動，通過對數(shù)值模擬和試驗實測環(huán)狀縫隙流流速進行計算，得出二者的最大相對誤差不超過7%。從圖11還可以看出，無論是數(shù)值模擬還是模型試驗，隨著雷諾數(shù)增加，同一極半徑處環(huán)狀縫隙流流速也呈現(xiàn)出逐漸增大的變化趨勢；當雷諾數(shù)一定時，隨著極半徑的增大，環(huán)狀縫隙流流速呈現(xiàn)出先增大后減小的變化形式；為進一步探究環(huán)狀縫隙流的分布規(guī)律，對不同雷諾數(shù)下環(huán)狀縫隙流流速模擬結(jié)果和實測結(jié)果進行公式擬合，如表3所示。

圖11 環(huán)狀縫隙流流速模擬值和實測值對比示意圖

表3 環(huán)狀縫隙流速度擬合

通過表3可知，環(huán)狀縫隙入口處水流流速分布呈二次拋物線形式，而管道內(nèi)無管道車時的水流按對數(shù)規(guī)律分布，兩者存在一定的差異。水流在環(huán)狀縫隙內(nèi)的流速可分解為三個方向，即沿管道軸線的軸向速度、沿管道橫斷面圓周切線方向的周向速度以及沿管道半徑方向的徑向速度，為進一步對數(shù)值模擬結(jié)果進行驗證，選取90°極軸、極半徑45 mm位置處，在不同雷諾數(shù)下沿管道車車身方向環(huán)狀縫隙流的軸向、周向和徑向流速進行分析，如圖12所示。

從圖12可以看出，試驗實測值和數(shù)值模擬值較為接近，兩者最大相對誤差不超過8%，從而驗證了數(shù)值模擬的準確性。本試驗規(guī)定軸向速度沿水流方向為正，周向速度沿測環(huán)切線逆時針方向為正，徑向速度以背離管道斷面圓心方向為正，則從圖12(a)可以發(fā)現(xiàn)，在同一雷諾數(shù)情況下，隨著車身長度的增加，環(huán)狀縫隙流軸向速度呈現(xiàn)出先減小后增大的趨勢，且在車前位置處流速最大，這與環(huán)狀縫隙流流速整體分布大致相同，同時隨著雷諾數(shù)的增大，環(huán)狀縫隙流軸向流速也呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢，但在不同雷諾數(shù)條件下，沿管道車車身方向軸向流速的整體變化趨勢大致相同。從圖12(b)可以看出，同一雷諾數(shù)條件下，徑向速度沿車身方向呈現(xiàn)出先減小再增大最后再減小的趨勢；徑向速度有正負，表明徑向速度沿管道半徑有指向圓心和背離圓心兩個方向；在車前斷面徑向速度達到最大，且徑向速度為正，表明車前斷面徑向速度背離圓心方向，這主要是由于水流進入環(huán)狀縫隙時，在車前斷面處發(fā)生繞流現(xiàn)象，水流在該處被壓縮然后擠向管道壁面，從而產(chǎn)生背離管道圓心的徑向速度；隨著車身長度的增加，徑向速度逐漸趨于零，這主要是由于水流進入環(huán)狀縫隙之后逐漸趨于穩(wěn)定，流線與管道軸線近乎平行，從而使得沿半徑方向的速度分量減小，即徑向速度變小。從圖12(c)發(fā)現(xiàn)，較軸向、徑向流速相比，周向速度分布規(guī)律性較差沿車身方向變化較為激烈，且周向速度值也較??；周向速度值有正有負，表明周向速度沿斷面圓周切線呈順時針和逆時針兩個方向。

(a)軸向速度

4 結(jié) 論

本文通過數(shù)值模擬和物理模型驗證相結(jié)合的方法對不同雷諾數(shù)條件下靜止管道車環(huán)狀縫隙流流速特性進行了研究，所得結(jié)論如下：

(1)同一雷諾數(shù)條件下，車前斷面環(huán)狀縫隙流流速大于車中和車后斷面，即沿車身方向，環(huán)狀縫隙流呈現(xiàn)出先減小后增大的變化趨勢；隨著雷諾數(shù)的增加，車身環(huán)狀縫隙流速呈現(xiàn)出逐漸增大的變化趨勢。

(2)不同雷諾數(shù)條件下，管道內(nèi)壓強值沿程變化趨勢大致相同，即在上游段壓強值沿程降低，在環(huán)狀縫隙內(nèi)部壓強值沿程先增大后減小，在下游段壓強值先增大后逐漸降低；隨著雷諾數(shù)的增加，管道內(nèi)壓強值也呈現(xiàn)逐漸增大的變化趨勢。

(3)車前支撐體附近流速小于車后支撐體，車前和車后支撐體斷面流場仍呈同心圓環(huán)狀分布。車前和車后斷面附近渦量值較大，且在支撐體和車后斷面處并未觀察到脫渦現(xiàn)象，隨著雷諾數(shù)的增大，渦量值也呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢。

(4)環(huán)狀縫隙流流速成二次拋物線形式分布，且環(huán)狀縫隙流軸向流速遠大于周向和徑向流速。

(5)物理模型試驗結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果最大相對誤差不超過7%，即通過數(shù)值模擬來研究不同雷諾數(shù)下的環(huán)狀縫隙流流速特性是可行的。

通過對靜止管道車環(huán)狀縫隙流場進行研究，進一步豐富管道水力輸送理論，同時有助于優(yōu)化管道車模型結(jié)構(gòu)，而對于管道車靜止狀態(tài)下的壓強分布和能量耗散還有待進一步研究。