矿井防尘供水管网水力特性的相似性研究
发布时间：2020-08-07 11:56
【摘要】：为了研究井下工作面水压受供水管网中水量变化的影响,找出工作面水压变化的大致范围,以便在水压降到正常供水临界点前采取措施,通过变态相似理论并结合试验场地情况,推导出防尘供水管网相似准则数,以此搭建相似试验模型,并通过试验数据验证了模型的相似性。然后在此模型上通过试验来进行管网水量水压相关性的研究,并通过函数拟合的方式来对试验结果进行拟合。结果表明,与选定工作面共用管段越多,水量变化时,对该工作面水压的影响越大。
【图文】：
由于整体管网中重力起主要作用，忽略了沿程损失，所以管段两端的压差△p符合压力差相似，即欧拉相似。因为二者的欧拉相似，所以原型和模型的欧拉数Eu相等，即：EuP＝EuM（6）Eu＝△pρV2（7）式中：ρ为流体密度；可以推出：λ△p＝λV2。2矿井防尘供水管网相似模型的构建与验证2.1矿井防尘供水管网相似模型的构建选取唐山某矿矿井防尘供水管网为原型，该管网以地面静压水池为主水源，同时设有备用水池为备用水源。经简化，管网共有24个节点，23根管段。实际防尘供水管网简化布置图如图1。由图1可知，管网中管长最长为760m，管径最图1实际防尘供水管网简化布置图大为159mm，图中需对不够的管长采取拼接的方式；相对于于市面上管长最多为4m，在构建矿井防尘供水管网相似实验物理模型的过程中，需采用变态相似准则，即管网中管长和管径取不同的相似比。根据试验场地情况以及市面上标准管径的规格，计算出模型管网的各个物理指标，最终确定管长比为100，管径比为3.25，流量比为105.625，流速比为10，压差比为100。从而确定模型管段基本信息，实际管网管段基本信息表见表1。出于试验中的安全性以及操作性等原因，相似·41·
第48卷第6期2017年6月SafetyinCoalMinesVol.48No.6Jun.2017图36＃点压力随多个点水量变化趋势图表1实际管网管段基本信息表管段编号长度/m管径/mm管段编号长度/m管径/mm1234567891011122．55．32.01.05．76．50.52.06.01．92.01．140323225253225403232253213141516171819202122230.42．74.03.02．51.00.60.62.02．52．52525323225322532322525模型采用UPVC管作为管道的材料；地面静压水池采用直径1m，高1.3m的水桶代替，同时为保证管网中水桶出水点压力恒定，通过水泵不断向水桶供水，直至溢出，溢出水通过水管收集到另一个水桶中，以便再次利用；试验中出于对水龙头的调节范围较小，以及出水量等因素的限制，采用球阀作为用水点水量调节装置；水压测量工具采用精度为0.002MPa，量程为0.1MPa的压力表，依照每根管段压力差均可测算的原则布置压力。2.2管网相似模型验证管网模型搭建完成后，从试验结果中挑选了8根竖直管段来验证管网模型的相似结果，实际管网与相似模型管段压差对比见表2。原型管网与实际管网压差误差最大为9.38%，最小为0.94%，误差均在10%以内，说明模型管网较可靠，在模型上的试验结果一定程度上能说明实际情况。3用水点压力与管网水量变化的相关性分析用水点压力的变化与管网中水量的改变有关，为研究这一关系，选用某一用水点为代表点，通过改变管网中其他点水量，来观察该点的压力变化。当选定6＃点为代表点，分别改变1＃、3＃、5＃、7＃、8＃、10＃用水点的水量时，6＃点压力随其它单个点水量变化趋势如图2；分别改变7
是由于水流在管道中流动时产生的沿程损失引起的，由海曾威廉公式可知，当其他参数未变，流量增大时，沿程损失增大。而与用水点共用管段越多，沿程损失增加的管段越多，用水表2实际管网与相似模型管段压差对比表管段编号原型管网压差/MPa模型管网压差/MPa压差比误差/%1578121718212.120.960.491.821.050.471.451.980.0210.0110.0050.0190.0100.0050.0140.018100.9591.42108.8995.79109.3892.16103.571100.94-9.388.16-4.408.57-8.513.459.09图26＃点压力随其它单个点水量变化趋势图·42·
【图文】：
由于整体管网中重力起主要作用，忽略了沿程损失，所以管段两端的压差△p符合压力差相似，即欧拉相似。因为二者的欧拉相似，所以原型和模型的欧拉数Eu相等，即：EuP＝EuM（6）Eu＝△pρV2（7）式中：ρ为流体密度；可以推出：λ△p＝λV2。2矿井防尘供水管网相似模型的构建与验证2.1矿井防尘供水管网相似模型的构建选取唐山某矿矿井防尘供水管网为原型，该管网以地面静压水池为主水源，同时设有备用水池为备用水源。经简化，管网共有24个节点，23根管段。实际防尘供水管网简化布置图如图1。由图1可知，管网中管长最长为760m，管径最图1实际防尘供水管网简化布置图大为159mm，图中需对不够的管长采取拼接的方式；相对于于市面上管长最多为4m，在构建矿井防尘供水管网相似实验物理模型的过程中，需采用变态相似准则，即管网中管长和管径取不同的相似比。根据试验场地情况以及市面上标准管径的规格，计算出模型管网的各个物理指标，最终确定管长比为100，管径比为3.25，流量比为105.625，流速比为10，压差比为100。从而确定模型管段基本信息，实际管网管段基本信息表见表1。出于试验中的安全性以及操作性等原因，相似·41·
第48卷第6期2017年6月SafetyinCoalMinesVol.48No.6Jun.2017图36＃点压力随多个点水量变化趋势图表1实际管网管段基本信息表管段编号长度/m管径/mm管段编号长度/m管径/mm1234567891011122．55．32.01.05．76．50.52.06.01．92.01．140323225253225403232253213141516171819202122230.42．74.03.02．51.00.60.62.02．52．52525323225322532322525模型采用UPVC管作为管道的材料；地面静压水池采用直径1m，高1.3m的水桶代替，同时为保证管网中水桶出水点压力恒定，通过水泵不断向水桶供水，直至溢出，溢出水通过水管收集到另一个水桶中，以便再次利用；试验中出于对水龙头的调节范围较小，以及出水量等因素的限制，采用球阀作为用水点水量调节装置；水压测量工具采用精度为0.002MPa，量程为0.1MPa的压力表，依照每根管段压力差均可测算的原则布置压力。2.2管网相似模型验证管网模型搭建完成后，从试验结果中挑选了8根竖直管段来验证管网模型的相似结果，实际管网与相似模型管段压差对比见表2。原型管网与实际管网压差误差最大为9.38%，最小为0.94%，误差均在10%以内，说明模型管网较可靠，在模型上的试验结果一定程度上能说明实际情况。3用水点压力与管网水量变化的相关性分析用水点压力的变化与管网中水量的改变有关，为研究这一关系，选用某一用水点为代表点，通过改变管网中其他点水量，来观察该点的压力变化。当选定6＃点为代表点，分别改变1＃、3＃、5＃、7＃、8＃、10＃用水点的水量时，6＃点压力随其它单个点水量变化趋势如图2；分别改变7
是由于水流在管道中流动时产生的沿程损失引起的，由海曾威廉公式可知，当其他参数未变，流量增大时，沿程损失增大。而与用水点共用管段越多，沿程损失增加的管段越多，用水表2实际管网与相似模型管段压差对比表管段编号原型管网压差/MPa模型管网压差/MPa压差比误差/%1578121718212.120.960.491.821.050.471.451.980.0210.0110.0050.0190.0100.0050.0140.018100.9591.42108.8995.79109.3892.16103.571100.94-9.388.16-4.408.57-8.513.459.09图26＃点压力随其它单个点水量变化趋势图·42·
【参考文献】
相关期刊论文 前6条
1 侯晓东;;EPANET管网分析在矿井防尘供水管网改造中的应用[J];煤矿现代化;2015年03期
2 田敏;;矿井地面供水监测SCADA系统设计探讨[J];科技与企业;2014年13期
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5 俞e
本文编号：2783964
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