為了研究輸水管道窩氣對(duì)管路水力損失的影響,對(duì)1套包含小坡度長(zhǎng)下坡段的管路系統(tǒng)分別在自然重力進(jìn)流、低虹吸進(jìn)流、高虹吸進(jìn)流（虹吸進(jìn)口裝有整流裝置）條件下進(jìn)行管道滿流與帶氣試驗(yàn)測(cè)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(gè)管路窩氣阻力系數(shù)的計(jì)算公式.基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析了不同進(jìn)流方式在帶氣與不帶氣條件下的管路阻力特性,并驗(yàn)證了窩氣形成氣阻機(jī)理的存在.研究結(jié)果表明:輸水管道窩氣會(huì)減小管道有效過(guò)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(jìn)流在整流裝置的作用下,較自然重力式進(jìn)流會(huì)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(guò)合理設(shè)計(jì),虹吸整流裝置的多孔結(jié)構(gòu)可以根據(jù)管道流量的大小不斷自動(dòng)調(diào)節(jié)其自身的阻力和開(kāi)度,有效控制管道入口進(jìn)氣. 

【文章來(lái)源】：排灌機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2020,38(11)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：7 頁(yè)

【部分圖文】：

窩氣形成的非滿流狀態(tài)

為探究虹吸進(jìn)流及其整流裝置對(duì)管路水力性能的影響，搭建了1套包含小坡度長(zhǎng)下坡段管路和整流裝置的虹吸試驗(yàn)臺(tái)，整個(gè)管路系統(tǒng)均采用全透明的有機(jī)玻璃管制作．試驗(yàn)臺(tái)管路分自然重力進(jìn)流、低虹吸進(jìn)流(位于1樓高度約1.0 m)、高虹吸進(jìn)流(位于3樓高度約8.3 m) 3種進(jìn)流方式，管路布置如圖2所示．從高位水箱端部側(cè)壁布置一口徑為DN50的出水口，管線從出水口出來(lái)經(jīng)過(guò)閥門(mén)在長(zhǎng)約2 m的水平管道上布置了閥門(mén)以及與2個(gè)不同高度的虹吸管道連接的三通及測(cè)量流量的文丘里流量計(jì)和壓力測(cè)量段，壓力傳感器布置在測(cè)量段的下方，其上方布置了DN15的進(jìn)氣/排氣閥．從水平段出來(lái)，就是長(zhǎng)20.3 m坡度為5°的長(zhǎng)下坡段，試驗(yàn)員可以控制整個(gè)下坡段的氣體量進(jìn)行試驗(yàn)．在下坡底的水平段布置了壓力測(cè)量段，測(cè)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(zhǎng)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(zhǎng)約3.2 m再垂直下行1.3 m，然后又轉(zhuǎn)水平行4.1 m后又上升至1.0 m高水平長(zhǎng)4.0m，然后垂直向下進(jìn)入水池，管口離地0.5 m，可以自由出流和淹沒(méi)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(gè)漸擴(kuò)型射流管豎直陣列構(gòu)成，再通過(guò)匯集段與出流管相連，主要通過(guò)漸擴(kuò)管和匯集段對(duì)來(lái)流起到整流作用．整流裝置的阻力情況取決于其內(nèi)部閥門(mén)開(kāi)啟的數(shù)量以及單個(gè)閥門(mén)開(kāi)啟的程度．試驗(yàn)用的整流裝置采用了N=19個(gè)孔的設(shè)計(jì)，如圖3所示，工程中則是采用了N達(dá)到千萬(wàn)級(jí)的設(shè)計(jì)．

虹吸管路中的整流裝置由多個(gè)漸擴(kuò)型射流管豎直陣列構(gòu)成，再通過(guò)匯集段與出流管相連，主要通過(guò)漸擴(kuò)管和匯集段對(duì)來(lái)流起到整流作用．整流裝置的阻力情況取決于其內(nèi)部閥門(mén)開(kāi)啟的數(shù)量以及單個(gè)閥門(mén)開(kāi)啟的程度．試驗(yàn)用的整流裝置采用了N=19個(gè)孔的設(shè)計(jì)，如圖3所示，工程中則是采用了N達(dá)到千萬(wàn)級(jí)的設(shè)計(jì)．進(jìn)行帶氣測(cè)試時(shí)，在管路滿流的狀態(tài)下先關(guān)閉坡頂和管道末端的主閥，然后打開(kāi)坡頂?shù)倪M(jìn)氣閥，再打開(kāi)管線低處的排水閥，等空氣進(jìn)入整個(gè)長(zhǎng)下坡管道之后關(guān)閉排水閥和坡頂進(jìn)氣閥．調(diào)整上水水箱的水位為3.5 m左右，然后打開(kāi)坡頂主閥和管道末端閥門(mén)，進(jìn)行測(cè)試采集數(shù)據(jù)．在帶氣試驗(yàn)中根據(jù)流量變化的情況采集數(shù)據(jù)，當(dāng)流量比較穩(wěn)定時(shí)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(xiàn)】：
期刊論文
[1]虹吸管道水氣兩相流動(dòng)過(guò)流能力的試驗(yàn)分析[J]. 張小瑩,李琳,王夢(mèng)婷,譚義海.  水資源與水工程學(xué)報(bào). 2015(06)
[2]空氣閥型式對(duì)壓力管道水錘防護(hù)的影響[J]. 李小周,朱滿林,陶燦.  排灌機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2015(07)
[3]設(shè)有復(fù)式空氣閥的管道充、放水過(guò)程[J]. 鄭源,薛超,周大慶.  排灌機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2012(01)
[4]虹吸式出水流道內(nèi)流數(shù)值計(jì)算與水力設(shè)計(jì)優(yōu)化[J]. 朱紅耕.  山東理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2006(01)



本文編號(hào)：3138721