一种可调式减压装置的减压性能和水力特性研究

发布时间：2017-04-01 12:14

  本文关键词：一种可调式减压装置的减压性能和水力特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在我国现有的建筑物中，供水管网中存在富余压力是一种普遍存在的现象。管道中长期存在富余的压力不仅会缩短管道的使用寿命、增大爆管等安全隐患出现的几率，也会在建筑物内用户开启用水装置时，因管道内的压力值过高而产生飞溅的现象。这是一种“隐形”的水资源浪费，也是一种极其严重、不容忽视、亟待解决的问题。 通常这种现象的解决办法是在管道内加装减压孔板或者减压阀，，能够极大地缓解管道内富余压力过多的问题。减压孔板成本低廉、结构简单，但存在着无法调节和减压效率较差的问题；减压阀虽然能够实现调节功能，但存在着维护和更换成本较高的问题。因此，本文提出一种新型可调节栅栏结构的减压装置，能够通过改变栅栏结构的开度，来实现不同减压效率下的自由调节，并能够保证出口位置达到较低的压力值。 本文将通过三种方式来对此减压装置的减压效率及减压规律进行研究。先是进行模型试验，对减压装置的减压效率进行实际的测量。再利用FLUENT软件进行数值模拟计算分析，对更多工况下的减压装置运行情况进行分析。最后从理论分析出发，建立压强～流量关系模型，依靠流体力学和高等数学微积分等相关知识，使用分解、类比、微分、求和等方法，得到相关的数学表达式。这个数学表达式可以在一定管道入口流速范围内适用，能够表达管道进口面压强、出口面压强和流体流速三个变量间的函数变化关系。 通过上述研究方法得到以下结论： （1）减压装置几何形状复杂，水流通过减压装置之后，压强值得到明显的降低，减压效率能够满足使用需求。 （2）经过换算所得到的数值模拟计算减压效率要比模型试验中的减压效率低0.8%，相差较小；对于开度和流量变化对减压效率的影响，模型试验和数值模拟计算得到相同的变化规律。 （3）当减压装置开度从0°变化到30°时，减压装置的减压效率会随着开度的增加而增大；当减压装置开度固定在0°或者30°时，减压装置的减压效率随管道内水流流量的增大而减小。 （4）本文在第四章基于一定的流量范围，建立了压强～流量关系式，公式表明减压装置前后的压强差是一个关于管道内水流流量Q的二次多项式函数。 （5）通过数值模拟计算，借助管道横截面x=0m上的压强分布图可以得到，以减压装置为边界，将管道内流体微团在减压装置内的流动过程分为三个部分。建立相关数学表达式，来描述管道内进口面压强、出口面压强与管道内流量这三个物理量之间的函数变化关系。 （6）通对对压强～流量关系式进行非线性拟合，并用五组不同流速下的压强数据来求解压强～流量关系式中的参数，得到Δ P=-7486v2+10512v+510.3，即压强差和断面平均流速之间的关系。
【关键词】：减压装置 FLUENT数值模拟 压强～流量关系模型 栅栏结构
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV134
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 符号说明10-12
• 第一章 绪论12-24
• 1.1 引言12-13
• 1.2 研究目的及方法13-14
• 1.3 研究现状14-21
• 1.3.1 减压装置的研究现状15-18
• 1.3.2 数值模拟计算的研究现状18-21
• 1.4 主要研究内容及技术路线21-24
• 1.4.1 主要研究内容21
• 1.4.2 研究技术路线21-24
• 第二章 模型试验数据结果及分析24-36
• 2.1 模型试验布置24-25
• 2.2 减压装置介绍25-27
• 2.3 试验设备和数据测量27-28
• 2.4 模型试验方案确定28-30
• 2.5 试验方案30
• 2.6 试验数据及减压效率分析30-34
• 2.7 小结34-36
• 第三章 数值模拟及分析36-60
• 3.1 数值模拟使用软件介绍36-38
• 3.1.1 GAMBIT 软件简介36-37
• 3.1.2 FLUENT 软件简介37-38
• 3.2 模型的建立与网格划分38-42
• 3.2.1 GAMBIT 中的 3D 模型38-40
• 3.2.2 网格划分以及边界条件40-42
• 3.3 FLUENT 软件中的数值模拟42-43
• 3.3.1 求解器以及物性参数设置42
• 3.3.2 基本方程42-43
• 3.4 数值模拟结果与模型试验比较43-46
• 3.4.1 模拟结果与对照43-45
• 3.4.2 模型和测压点位置选择45-46
• 3.5 不同开度下的减压装置分析46-51
• 3.5.1 不同开度下的减压效率46-48
• 3.5.2 开度 0°和 30°下的压强分布分析48-51
• 3.6 不同流速下的减压装置分析51-58
• 3.6.1 不同流速下的减压效率51-53
• 3.6.2 两种流速下的压强分布分析53-58
• 3.7 小结58-60
• 第四章 压强～流量模型的计算60-78
• 4.1 流动阶段划分60-62
• 4.2 关于模型的假设与说明62-64
• 4.3 第一阶段压降分析64-70
• 4.4 第二阶段压降分析70-74
• 4.5 第三阶段压降分析74-75
• 4.6 减压装置压降的总体分析75-76
• 4.7 数据拟合与验证76-77
• 4.8 小结77-78
• 第五章 总结与展望78-80
• 5.1 结论78-79
• 5.2 展望79-80
• 参考文献80-84
• 致谢84-86
• 附录86

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 吴常军;孔板的减压原理及孔径计算的探讨[J];安徽建筑;2001年02期

2 张宏飞;曹红松;赵捍东;朱基智;;数值仿真中湍流模型的选择[J];弹箭与制导学报;2006年04期

3 ;Numerical　Simulation　of　Line　Puff　Via　RNGK－ep　Mode[J];Communications in Nonlinear Science & Numerical Simulation;1996年04期

4 林守江;沈钢;彭慧;;供水管网的泄漏及压力管理[J];中国给水排水;2006年18期

5 熊莉芳;林源;李世武;;-湍流模型及其在FLUENT软件中的应用[J];工业加热;2007年04期

6 徐强;陈求稳;顾军农;张孟涛;;供水管网漏损控制研究进展[J];中国给水排水;2012年24期

7 刘哲;吴胜华;游庆元;陈超明;;管网宏观模型的完善及节能减漏应用[J];供水技术;2013年03期

8 张冬;李淑慧;张俊杰;;优化管网压力以降低管网漏损的研究[J];中国给水排水;2014年03期

9 姚征,陈康民;CFD通用软件综述[J];上海理工大学学报;2002年02期

10 姜小放;曹西京;司震鹏;;FLUENT技术在工业管道设计中的应用[J];化工设备与管道;2009年05期

  本文关键词：一种可调式减压装置的减压性能和水力特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：280610