輸水管道內(nèi)水流沖擊氣團(tuán)過(guò)程的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、長(zhǎng)距離輸水工程具有管線長(zhǎng)，輸水流量大等特點(diǎn)。由于管線隨地形的起伏變化很大，因而工程在投入運(yùn)行時(shí)需采取相應(yīng)的技術(shù)措施。這樣，在系統(tǒng)中凸起段以及其他管路構(gòu)件附近處就不可避免地滯留空氣團(tuán)。由于系統(tǒng)中動(dòng)力設(shè)備，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)及其他構(gòu)件的存在，當(dāng)氣團(tuán)形成達(dá)到一定的量值，輸水系統(tǒng)啟停泵，快速關(guān)閥等操作行為都會(huì)使管內(nèi)出現(xiàn)水流沖擊氣團(tuán)的現(xiàn)象，此時(shí)劇烈起伏波動(dòng)的壓力可能壓爆管道或產(chǎn)生變形破壞。本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)手段，基于實(shí)驗(yàn)的理論基礎(chǔ)以及氣液兩相流的相關(guān)理論，建立物

2、理模型，從而對(duì)問(wèn)題進(jìn)行深入分析與探討。研究結(jié)論對(duì)長(zhǎng)距離輸水管線的運(yùn)行管理與事故防護(hù)具有積極意義。
　　管路水流沖擊氣團(tuán)的研究包含著前后關(guān)聯(lián)的兩個(gè)階段。一是在管路的充水階段；二是充水結(jié)束以滿管流運(yùn)行時(shí)突然關(guān)斷閥門(mén)而發(fā)生水擊的沖擊階段。對(duì)于充水階段，由于管路主要處于氣液兩相非滿管流動(dòng)，流態(tài)的變化過(guò)程較復(fù)雜，在局部發(fā)生的壓力水流沖擊氣團(tuán)的位置、頻率及強(qiáng)度變化等都具有一定隨機(jī)性，為了準(zhǔn)確記錄和分析異常壓力的詳細(xì)數(shù)據(jù)和變化規(guī)律，實(shí)驗(yàn)中采取了

3、以下幾種手段：1.利用壓力采集軟件調(diào)整與設(shè)定采樣頻率，使之可以滿足實(shí)驗(yàn)的采集要求；2.實(shí)驗(yàn)通過(guò)設(shè)計(jì)合理可行的實(shí)驗(yàn)方案，分別對(duì)45°單凸起段和串聯(lián)（45°與60°）凸起段各工況的充水過(guò)程進(jìn)行研究；3.改變工況主要方式有，利用變頻器或調(diào)節(jié)閥改變管路流量、改變流量的調(diào)節(jié)過(guò)程，即連續(xù)調(diào)節(jié)或分階段調(diào)節(jié)以及改變流量的調(diào)節(jié)時(shí)間等。實(shí)驗(yàn)中對(duì)管路系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)段中氣液兩相流的流態(tài)與壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行了拍攝與記錄，以影像結(jié)合數(shù)據(jù)的方式為后續(xù)的分析提供條件。
　　

4、實(shí)驗(yàn)測(cè)量不可避免產(chǎn)生誤差。因而對(duì)數(shù)據(jù)和誤差進(jìn)行分析處理就顯得十分重要。本文首先以誤差分析及數(shù)據(jù)處理的基本理論出發(fā)，對(duì)窗函數(shù)、誤差分析方法以及數(shù)據(jù)處理流程進(jìn)行了概括性論述。再通過(guò)結(jié)合實(shí)驗(yàn)中的具體實(shí)例進(jìn)行理論的應(yīng)用。在保證數(shù)據(jù)可以很好反映真值的前提下，最大化去除了系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差，最終得到了各測(cè)點(diǎn)的壓力曲線圖。
　　最后，對(duì)充水階段以及水擊沖擊階段的最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行圖表化處理。以實(shí)驗(yàn)結(jié)果結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行對(duì)照分析，可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于具有一

5、定隨機(jī)性與復(fù)雜性的充水過(guò)程，流量的調(diào)節(jié)手段（調(diào)節(jié)變頻器/調(diào)節(jié)閥）以及流量的調(diào)節(jié)過(guò)程（連續(xù)改變流量/分階段改變流量）都無(wú)法單獨(dú)影響壓力的變化趨勢(shì)及結(jié)果，當(dāng)分析它們各自對(duì)壓力變化過(guò)程與結(jié)果的影響時(shí)都需結(jié)合流量變化的時(shí)間來(lái)考慮；而在水擊沖擊過(guò)程中，流量大小、氣團(tuán)體積、改變流量的方式、凸起段的增加、凸起段斜管段的坡度等因素都可對(duì)含氣水錘壓力變化的實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響。對(duì)這些影響因素進(jìn)一步分析而得出的結(jié)論將會(huì)為實(shí)際輸水工程帶來(lái)一定理論價(jià)值和應(yīng)用價(jià)值。