輸水管道內(nèi)水流沖擊氣團過程的實驗研究.pdf

1、長距離輸水工程具有管線長，輸水流量大等特點。由于管線隨地形的起伏變化很大，因而工程在投入運行時需采取相應的技術措施。這樣，在系統(tǒng)中凸起段以及其他管路構件附近處就不可避免地滯留空氣團。由于系統(tǒng)中動力設備，調(diào)節(jié)機構及其他構件的存在，當氣團形成達到一定的量值，輸水系統(tǒng)啟停泵，快速關閥等操作行為都會使管內(nèi)出現(xiàn)水流沖擊氣團的現(xiàn)象，此時劇烈起伏波動的壓力可能壓爆管道或產(chǎn)生變形破壞。本文通過實驗手段，基于實驗的理論基礎以及氣液兩相流的相關理論，建立物

2、理模型，從而對問題進行深入分析與探討。研究結論對長距離輸水管線的運行管理與事故防護具有積極意義。
　　管路水流沖擊氣團的研究包含著前后關聯(lián)的兩個階段。一是在管路的充水階段；二是充水結束以滿管流運行時突然關斷閥門而發(fā)生水擊的沖擊階段。對于充水階段，由于管路主要處于氣液兩相非滿管流動，流態(tài)的變化過程較復雜，在局部發(fā)生的壓力水流沖擊氣團的位置、頻率及強度變化等都具有一定隨機性，為了準確記錄和分析異常壓力的詳細數(shù)據(jù)和變化規(guī)律，實驗中采取了

3、以下幾種手段：1.利用壓力采集軟件調(diào)整與設定采樣頻率，使之可以滿足實驗的采集要求；2.實驗通過設計合理可行的實驗方案，分別對45°單凸起段和串聯(lián)（45°與60°）凸起段各工況的充水過程進行研究；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)時間等。實驗中對管路系統(tǒng)實驗段中氣液兩相流的流態(tài)與壓力數(shù)據(jù)進行了拍攝與記錄，以影像結合數(shù)據(jù)的方式為后續(xù)的分析提供條件。
　　

4、實驗測量不可避免產(chǎn)生誤差。因而對數(shù)據(jù)和誤差進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)，對窗函數(shù)、誤差分析方法以及數(shù)據(jù)處理流程進行了概括性論述。再通過結合實驗中的具體實例進行理論的應用。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)誤差與隨機誤差，最終得到了各測點的壓力曲線圖。
　　最后，對充水階段以及水擊沖擊階段的最終實驗結果進行圖表化處理。以實驗結果結合實驗現(xiàn)象進行對照分析，可以發(fā)現(xiàn)，對于具有一

5、定隨機性與復雜性的充水過程，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)過程（連續(xù)改變流量/分階段改變流量）都無法單獨影響壓力的變化趨勢及結果，當分析它們各自對壓力變化過程與結果的影響時都需結合流量變化的時間來考慮；而在水擊沖擊過程中，流量大小、氣團體積、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含氣水錘壓力變化的實驗結果產(chǎn)生影響。對這些影響因素進一步分析而得出的結論將會為實際輸水工程帶來一定理論價值和應用價值。