粘弹性混合管道特性对其水力瞬变动力学行为的影响研究

发布时间：2021-12-22 13:04

　　城市供水、供热、供燃气等有压管道是保证人们正常生活的生命线,但其在输送过程中存在许多问题,其中较为突出的是可能导致管道及管件的损坏的水力瞬变流动问题。因此,有必要对有压管道中的这种水力瞬变动力学行为进行研究。近些年,弹性管道与粘弹性管道并存的粘弹性混合管道系统正逐渐取代单一材料的管道系统,与传统的弹性管道相比,此类管道系统水力瞬变压力波的波速大小与波动衰减速率快慢不一,其原因在于粘弹性管道本构特性受诸多因素如温度、材料分子结构和管道约束情况等影响。此外,实验室研究的有压管道的管道尺度（管长与管径之比和管长与波速之比）较小,而工程中的管道尺度比实验室的较大,实验室的一些研究结果应用在实际工程中有一定的局限性。因此,有必要针对粘弹性混合管道的管材特性及尺度特性对水力瞬变动力学行为（瞬变压力波的传播速度（波速）和水力瞬变压力波的衰减速率）的影响规律分别从实验研究和理论分析展开以下研究:首先,设计并搭建管道的水力瞬变实验台,在此基础上进行弹性管道水力瞬变实验,研究不同初始流态下上游关阀和下游关阀产生的水力瞬变流动的水力动力学行为。随后,更换弹性管道中的部分管道为粘弹性管道,进行混合有粘弹性管材... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

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论文结构框架图

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-11-第2章水力瞬变实验系统的设计及实验方案在实际生活和工程中有很多管道系统都是多种管材（如钢铝管道和钢塑管道）、多管径混合的管道系统，且运行工况较多[49]。为进行多工况、多管材的水力瞬变实验研究，本章特设计并搭建水力瞬变流动实验台并设计实验方案。2.1实验系统及装置本文水力瞬变实验台的系统图和实物图如图2-1和图2-2所示。在前期该实验系统只能进行单工况实验，工况为：2.8米高水箱水位恒定模拟上游水库，由循环供水系统供水；末端水箱平均水位0.9米模拟下游水库；其余管段为水平管，总长33m。沿管线设有3个压力测点，在前期的运行中水力瞬变的压力波信号不明显，无较为理想的实验数据。因为实验室场地的限制和基于安全考虑，不能靠加高水箱位置或增加压力罐来实现大的水头压差。因此需要尽可能减少管道水头损失并更换更为灵敏的压力传感器。下面详细介绍后期改进的实验系统。2.1.1水力瞬变管道系统图2-1实验室管道系统图

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-12-图2-2局部实验室管道实物图改进后的实验台的水平管道总长33m，将水平管道管径统一改为DN32(其中钢管壁厚3.5mm)。该实验台包括供水循环系统、水力瞬变实验管道系统和数据采集系统。其中供水管道系统由上游的地置水箱、水泵及相关管道组成。该供水循环系统可通过手动操作管道上游的三个球阀来实现不同水力工况：关闭球阀1和3、开启球阀2可实现水泵直接供水，可用来模拟停泵水锤和上游关阀水锤；打开球阀1和3、关球阀2可实现高位水箱供水，进而模拟水库供水的相关水锤。水力瞬变实验管道由上下游两个电磁阀、管道中间的球阀及相关管道组成的水平管道系统。各测点及电磁阀的详细位置见表2-1。通过关闭球阀4和开球阀5，模拟下游工况为低位水库；开球阀4和闭球阀5，模拟下游为末端阀直接连接用户。同时，在管道上压力传感器1和2旁装有管道活接，从而方便后期的换管工作，模拟不同管材和管径的水力瞬变。在最初的尝试性实验中阀门关闭后各个测点的水力瞬变压力信号只有第一个峰值较为明显，在第一个压力波峰过后压力波趋于消失，水力瞬变的效果的不明显。这是由于阀关闭后管道本身产生了机械振动。于是先更换几种电磁阀门进行了测试，随后发现截止阀在关阀后在管道上产生的机械振动最为强烈。为降低瞬变流初始压力波峰值，后将电磁阀换为球形电磁阀。实验的数据采集系统由各传感器、数据采集卡及计算机组成。其中核心组件为

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本文编号：3546433