虹吸整流装置水力特性的数值模拟与试验研究
发布时间：2020-12-09 16:55
随着工农业的迅速发展,科学的调水方式一直是世界级的重要课题。调水工程中普遍应用的有:明渠引水、隧洞引水以及管道引水。虹吸式输水系统作为管道引水中一种常用的输水系统,与其他输水系统相比,具有增大输水流量、提高配送高度、降低水头损失等优点。在常规的虹吸式输水系统基础上,一种新型的潜水式整流器被应用于虹吸管路入口处,其优点在于能改善管内流态,降低管路的综合阻力系数并减少吸入涡的形成,从而提升虹吸式输水系统的性能。虽然虹吸整流器在实际工程中己经有了广泛的应用,但其工作机理尚未被完全揭示,整流器设计缺乏理论指导且内部结构较为复杂,导致其局部阻力损失较高,对输水效率产生了一定影响。本文以虹吸输水管路入口的潜水式整流器为研究对象,采用了试验研究与数值模拟相结合的方法,分析了整流器内部渐扩型射流管及其内部流体域的流动状态和阻力特性,应用正交分析法和因素分析法,对其内部渐扩型射流管结构、整流器汇集段长度、收缩角以及群管阵列方式等因素进行了优化设计,并对其自吸特性进行了细致的研究,本文主要研究内容及创新点如下:(1)根据潜水式整流器的特殊结构,对其内部单个渐扩型射流管进行数值模拟,通过模拟结果对比不同近壁...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
虹吸原理图
长距离引水工程中采用真空高速输水成套设备，在工程条件相同的情况下动力，流量可提高 25%以上。2006 年 3 月 19 日，业主单位采购了该公司空高速输水成套设备进行再次改造，在龙兴寺水库库内安装一台 SW600 潜整流装置，管道跨越了 7m 高的涵洞与原“重力流”引水管道并联，其余管日流量达 5500m3，提高了 37.5%。至 2007 年 4 月，龙兴寺水库水面标高日流量可达 7500m3，供水流量提高了 87.5%。该案例的测试报告阐述了管道运行中所出现流量不足问题的主要原因是管了大量窝气，通过沿途设置 13 个排气阀的解决措施，可缓解问题，但同时运行维护中排气操作不便的新问题。而采用虹吸负压输送的引水方式，流远远超出了预期，经长期实际运行后效果更加明显，其实际运行工况如图可以看出，在入口处使用整流器可实现大管径下的虹吸输水，证明整流器水系统中的应用可有效改善管路进气的不良影响，从而提升整个虹吸管路能。
图 2.2 单个渐扩型射流管结构示意图Fig. 2.2 Schematic diagram of the structure of a single diffused pipe渐扩管入流细管段直径为 R1，出流粗段直径为 R2，入流细管段长度为 L1，扩段尾部长度为 L2，出流粗管段长度为 L3。实际运行状态中，渐扩管呈垂置，较细段向下，水流从下方入流细管段流经出流粗管段及汇集段进入管2水头损失理论计算为了为数值模拟提供理论参考，现根据已有的对渐扩圆管局部损失系数的以及圆管内沿程损失计算公式对研究对象进行水头损失的理论计算。现有两个渐扩管设计方案，其结构参数如表 2.1 所示。表 2.1 渐扩型射流管结构参数Table 2.1 Structural parameter scheme of diffused pipeL1/mm L2/mm L3/mm R1/mm R2/m
【参考文献】：
期刊论文
[1]南水北调中线工程典型倒虹吸进口上游垂向流速分布[J]. 付辉,郭新蕾,杨开林,郭永鑫,王涛. 水科学进展. 2017(06)
[2]前导叶叶片位置对灯泡贯流泵水力性能的影响[J]. 戴景,李彦军,袁寿其,戴启璠,梁豪杰. 排灌机械工程学报. 2017(09)
[3]4mm虹吸管高扬程虹吸流速研究（英文）[J]. Cheng MEI,Xu LIANG,Hong-yue SUN,Meng-ping WU. Journal of Zhejiang University-Science A（Applied Physics & Engineering）. 2017(06)
[4]坡度对虹吸管路气液两相流动水力特性影响试验研究[J]. 张小莹,李琳,谭义海,吴洋锋. 中国农村水利水电. 2017(01)
[5]消防水炮流道优化设计及仿真实验分析[J]. 胡国良,刘世鸿,徐明,李刚. 机械设计与制造. 2016(04)
[6]轴流泵装置虹吸式出水流道内流机理数值分析[J]. 杨帆,刘超,孙丹丹,谢荣盛,张丽萍. 农业机械学报. 2015(06)
[7]高扬程虹吸空化现象数值分析[J]. 熊晓亮,张世华,张文君. 长江科学院院报. 2015(01)
[8]正虹吸管道水力特性试验研究[J]. 王梦婷,李琳,谭义海,邱秀云,许史. 水电能源科学. 2014(12)
[9]泵站虹吸式出水管虹吸形成过程气液两相流数值模拟[J]. 王晓升,冯建刚,陈红勋,卜立峰,谭琳露. 农业机械学报. 2014(05)
[10]近壁面处理对湍流数值计算的影响分析[J]. 张涛,朱晓军,彭飞,闵少松. 海军工程大学学报. 2013(06)
博士论文
[1]基于计算流体力学的虹吸式流道形状优化设计[D]. 彭志威.湖南大学 2009
硕士论文
[1]虹吸式雨水排水系统单斗排水性能研究[D]. 万瑞琦.西南交通大学 2017
[2]整流结构对低压射流喷嘴的特性研究[D]. 朱博垚.西南交通大学 2015
[3]长距离虹吸管输水试验研究[D]. 许史.新疆农业大学 2010
本文编号：2907178
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
虹吸原理图
长距离引水工程中采用真空高速输水成套设备，在工程条件相同的情况下动力，流量可提高 25%以上。2006 年 3 月 19 日，业主单位采购了该公司空高速输水成套设备进行再次改造，在龙兴寺水库库内安装一台 SW600 潜整流装置，管道跨越了 7m 高的涵洞与原“重力流”引水管道并联，其余管日流量达 5500m3，提高了 37.5%。至 2007 年 4 月，龙兴寺水库水面标高日流量可达 7500m3，供水流量提高了 87.5%。该案例的测试报告阐述了管道运行中所出现流量不足问题的主要原因是管了大量窝气，通过沿途设置 13 个排气阀的解决措施，可缓解问题，但同时运行维护中排气操作不便的新问题。而采用虹吸负压输送的引水方式，流远远超出了预期，经长期实际运行后效果更加明显，其实际运行工况如图可以看出，在入口处使用整流器可实现大管径下的虹吸输水，证明整流器水系统中的应用可有效改善管路进气的不良影响，从而提升整个虹吸管路能。
图 2.2 单个渐扩型射流管结构示意图Fig. 2.2 Schematic diagram of the structure of a single diffused pipe渐扩管入流细管段直径为 R1，出流粗段直径为 R2，入流细管段长度为 L1，扩段尾部长度为 L2，出流粗管段长度为 L3。实际运行状态中，渐扩管呈垂置，较细段向下，水流从下方入流细管段流经出流粗管段及汇集段进入管2水头损失理论计算为了为数值模拟提供理论参考，现根据已有的对渐扩圆管局部损失系数的以及圆管内沿程损失计算公式对研究对象进行水头损失的理论计算。现有两个渐扩管设计方案，其结构参数如表 2.1 所示。表 2.1 渐扩型射流管结构参数Table 2.1 Structural parameter scheme of diffused pipeL1/mm L2/mm L3/mm R1/mm R2/m
【参考文献】：
期刊论文
[1]南水北调中线工程典型倒虹吸进口上游垂向流速分布[J]. 付辉,郭新蕾,杨开林,郭永鑫,王涛. 水科学进展. 2017(06)
[2]前导叶叶片位置对灯泡贯流泵水力性能的影响[J]. 戴景,李彦军,袁寿其,戴启璠,梁豪杰. 排灌机械工程学报. 2017(09)
[3]4mm虹吸管高扬程虹吸流速研究（英文）[J]. Cheng MEI,Xu LIANG,Hong-yue SUN,Meng-ping WU. Journal of Zhejiang University-Science A（Applied Physics & Engineering）. 2017(06)
[4]坡度对虹吸管路气液两相流动水力特性影响试验研究[J]. 张小莹,李琳,谭义海,吴洋锋. 中国农村水利水电. 2017(01)
[5]消防水炮流道优化设计及仿真实验分析[J]. 胡国良,刘世鸿,徐明,李刚. 机械设计与制造. 2016(04)
[6]轴流泵装置虹吸式出水流道内流机理数值分析[J]. 杨帆,刘超,孙丹丹,谢荣盛,张丽萍. 农业机械学报. 2015(06)
[7]高扬程虹吸空化现象数值分析[J]. 熊晓亮,张世华,张文君. 长江科学院院报. 2015(01)
[8]正虹吸管道水力特性试验研究[J]. 王梦婷,李琳,谭义海,邱秀云,许史. 水电能源科学. 2014(12)
[9]泵站虹吸式出水管虹吸形成过程气液两相流数值模拟[J]. 王晓升,冯建刚,陈红勋,卜立峰,谭琳露. 农业机械学报. 2014(05)
[10]近壁面处理对湍流数值计算的影响分析[J]. 张涛,朱晓军,彭飞,闵少松. 海军工程大学学报. 2013(06)
博士论文
[1]基于计算流体力学的虹吸式流道形状优化设计[D]. 彭志威.湖南大学 2009
硕士论文
[1]虹吸式雨水排水系统单斗排水性能研究[D]. 万瑞琦.西南交通大学 2017
[2]整流结构对低压射流喷嘴的特性研究[D]. 朱博垚.西南交通大学 2015
[3]长距离虹吸管输水试验研究[D]. 许史.新疆农业大学 2010
本文编号：2907178
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