為了研究輸水管道窩氣對管路水力損失的影響,對1套包含小坡度長下坡段的管路系統(tǒng)分別在自然重力進流、低虹吸進流、高虹吸進流（虹吸進口裝有整流裝置）條件下進行管道滿流與帶氣試驗測量.創(chuàng)新建立窩氣阻力系數(shù)β定量表示窩氣阻力造成的水力損失增加,提出了整個管路窩氣阻力系數(shù)的計算公式.基于試驗數(shù)據(jù)分析了不同進流方式在帶氣與不帶氣條件下的管路阻力特性,并驗證了窩氣形成氣阻機理的存在.研究結果表明:輸水管道窩氣會減小管道有效過流面積,造成管路水力損失顯著增加,且管道的高低起伏越多,管路中彎頭、變徑管件數(shù)量越多,管道窩氣阻力系數(shù)β越大;虹吸式進流在整流裝置的作用下,較自然重力式進流會降低管道摩擦系數(shù),并且高虹吸下的水力摩擦系數(shù)最小;通過合理設計,虹吸整流裝置的多孔結構可以根據(jù)管道流量的大小不斷自動調節(jié)其自身的阻力和開度,有效控制管道入口進氣. 

【文章來源】：排灌機械工程學報. 2020,38(11)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

窩氣形成的非滿流狀態(tài)

為探究虹吸進流及其整流裝置對管路水力性能的影響，搭建了1套包含小坡度長下坡段管路和整流裝置的虹吸試驗臺，整個管路系統(tǒng)均采用全透明的有機玻璃管制作．試驗臺管路分自然重力進流、低虹吸進流(位于1樓高度約1.0 m)、高虹吸進流(位于3樓高度約8.3 m) 3種進流方式，管路布置如圖2所示．從高位水箱端部側壁布置一口徑為DN50的出水口，管線從出水口出來經(jīng)過閥門在長約2 m的水平管道上布置了閥門以及與2個不同高度的虹吸管道連接的三通及測量流量的文丘里流量計和壓力測量段，壓力傳感器布置在測量段的下方，其上方布置了DN15的進氣/排氣閥．從水平段出來，就是長20.3 m坡度為5°的長下坡段，試驗員可以控制整個下坡段的氣體量進行試驗．在下坡底的水平段布置了壓力測量段，測量段上除布置了壓力傳感器，還有推/拉力傳感器．坡底水平段長約2.8 m，然后管道經(jīng)90°彎頭升至1.8 m高度，再經(jīng)45°彎頭水平行長約3.2 m再垂直下行1.3 m，然后又轉水平行4.1 m后又上升至1.0 m高水平長4.0m，然后垂直向下進入水池，管口離地0.5 m，可以自由出流和淹沒出流．自由出流管道出口的高度為0.6 m.虹吸管路中的整流裝置由多個漸擴型射流管豎直陣列構成，再通過匯集段與出流管相連，主要通過漸擴管和匯集段對來流起到整流作用．整流裝置的阻力情況取決于其內部閥門開啟的數(shù)量以及單個閥門開啟的程度．試驗用的整流裝置采用了N=19個孔的設計，如圖3所示，工程中則是采用了N達到千萬級的設計．

虹吸管路中的整流裝置由多個漸擴型射流管豎直陣列構成，再通過匯集段與出流管相連，主要通過漸擴管和匯集段對來流起到整流作用．整流裝置的阻力情況取決于其內部閥門開啟的數(shù)量以及單個閥門開啟的程度．試驗用的整流裝置采用了N=19個孔的設計，如圖3所示，工程中則是采用了N達到千萬級的設計．進行帶氣測試時，在管路滿流的狀態(tài)下先關閉坡頂和管道末端的主閥，然后打開坡頂?shù)倪M氣閥，再打開管線低處的排水閥，等空氣進入整個長下坡管道之后關閉排水閥和坡頂進氣閥．調整上水水箱的水位為3.5 m左右，然后打開坡頂主閥和管道末端閥門，進行測試采集數(shù)據(jù)．在帶氣試驗中根據(jù)流量變化的情況采集數(shù)據(jù)，當流量比較穩(wěn)定時根據(jù)水位的變化，基本保持水位每下降5 cm采集1組數(shù)據(jù)．

【參考文獻】：
期刊論文
[1]虹吸管道水氣兩相流動過流能力的試驗分析[J]. 張小瑩,李琳,王夢婷,譚義海.  水資源與水工程學報. 2015(06)
[2]空氣閥型式對壓力管道水錘防護的影響[J]. 李小周,朱滿林,陶燦.  排灌機械工程學報. 2015(07)
[3]設有復式空氣閥的管道充、放水過程[J]. 鄭源,薛超,周大慶.  排灌機械工程學報. 2012(01)
[4]虹吸式出水流道內流數(shù)值計算與水力設計優(yōu)化[J]. 朱紅耕.  山東理工大學學報(自然科學版). 2006(01)



本文編號：3138721