流量分配管模型的建立与求解

©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net流量分配管模型的建立与求解张　伟(石油大学储建学院热工系,山东东营257061)摘要:流量分配是将分配管中流体分配到分支管的流动过程。在工程设计计算中,分配管系统是个十分复杂的过程。只能根据具体结构构建模型。本文通过质量和能量衡算关系,将分配管系统上的元件分成两部分,并分别建立模型,最终推导出了树状分配管系统数学模型。与此同时,本文还提出了适用于本模型的“逆算型迭代法”,为动力、化工、机械等行业流体分配的流动设计提供了有效的理论分析方法。关键词:分配管;模型;阻力系数中图分类号:O35;O24211　文献标识码:A　文章编号:1004-7948(2005)12-0019-041引言流量分配管在我们生活中被广泛应用,如供水系统、喷射鼓泡装置、锅炉中的屏式过热器和湿法脱硫中的石灰石浆液分配管系统等。分配管在进行流量分配时,一般要求不同分支管流量分布均匀。然而,当流体流经分配管时,每流过一个分支管,流体的各个参数都要发生变化,所以流量分配管是一个很复杂的流动系统。在工程设计流量分配管或准确预测现有结构分配管流量分配状况很难。本文主要研究树状(同一层次上的分配管不相交)分配管系统的流量分配问题。目前,一些学者先后提出了一些物理模型来解决此问题,其中大部分都是基于动量方程[1,2];或者基于半经验公式进行求解的,其思路是各分支管的流量分配状况需要使用半经验的假设[3]。而本文所建立的模型是基于能量方程进行求解,其求解过程完全是精确进行的,不需要对分支管的流量分配状况作半经验假设。所以该模型将有更广泛的适用性。2数学建模由于树状配管系统都可以由三通和端部出口两种分流元件来构造,所以只要对这两种元件建立模型,就可以解决分配管系统的求解问题,下文将依照这种思路建立各种模型。211单个分支管数学建模首先选择分配管道上任一分支为研究对象,如图1所示。三通部分的流体动力学状况是我们最关心的问题,取虚线包围的区域作为研究的控制体。其中,截面1是流体进口截面,截面的直径为d1,压力为p1,流速为u1;截面2是流体在分配管中离开三通部分的出口截面,截面的直径为d2,压力为p2,流速为u2;截面e是流体离开三通