有压输水管道充放水过程数值模拟与试验研究

发布时间：2021-10-23 00:25

　　随着社会的不断进步和经济的快速发展,水资源短缺与水环境恶化等问题在很多地区已经成为社会发展的制约因素。为了满足城市用水需求,解决水资源分布不均的问题,人们在水源与城市间建立了长距离输水工程。而对于水资源输配系统而言,水体中含气对输水系统运行是一个潜在威胁。在系统首次运行充水以及系统检修前后充放水等过程中,充放水流速过快会使管道内出现复杂的水气两相瞬变流动,压力、流量的剧烈波动将造成管道破坏,这是输水系统含气引起的一个重要的运行安全问题。本文以输水系统有压管道充放水作为实际背景,建立直角弯管充放水的三维几何模型。基于VOF方法采用标准k-ε湍流模型,利用Fluent软件对有压输水管道充、放水过程中水气两相流进行了多工况的数值模拟,得到充、放水过程中水相体积分数、水气两相流流型及水力参数变化情况,建立了有压管道充放水过程水相体积分数变化过程模型,并对各工况计算结果进行对比分析,研究充放水流速对管道水气两相流型以及水力参数变化的影响。最后,在相同边界条件下设计并进行了管道充放水物理模型试验,验证了数值模型计算结果的可靠性。研究结果有助于更好的了解直角弯管进行有压管道充放水过程中水气两相流的分... 

【文章来源】：华北水利水电大学河南省

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

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研究技术线路图

华北水利水电大学硕士学位论文10（4）分层波状流（Stratifiedwavyflow）：随着气体流速的增加，在分层流界面上出现表面波，平滑的界面会变成波纹状，产生分层波状流型。（5）段塞流（Slugflow）：当分层波状流的波幅大到足以密封管道时，波浪在接触管道顶部的地方形成泡沫状的段塞。这个段塞的移动速度高于平均液体速度。（6）环形流（AnnularFlow）：这种流型出现在管内气体流速高的情形，水在管壁（环形区）上以膜的形式流动，而空气在高速芯中沿管的中心部分流动。（7）喷雾流（Sprayflow）：对于非常大的气流速度，环形流中水膜从管壁剥离，并作为夹带液滴在气体中携带，这时转换成喷雾流。图2-1水平管道水气两相流流型分类Fig.2-1Classificationofwatergastwophaseflowpatterninhorizontalpipeline2.1.2垂直管道水气两相流流型与水平管道水气两相流流型相比，垂直管道水气两相流流动状态通常更轴对称，具体又分为以下几种类型，其流动特点如图2-2所示[54]：（1）气泡流（Bubbleflow）：空气以球形或球形帽状气泡的形式分布在水中，这些气泡相对于管道直径较校当相对少量的空气与中等流速的水混合时，就会出现这种流

2有压输水管道水气两相流基本理论11动模式。（2）塞状流（PlugFlow）：该流型随着气体流速的增加而发生。当管内气泡直径约为管道直径的一半时，就会发生从气泡流到塞流的转变。（3）段塞流（Slugflow）：随着管道内气体流速的进一步增加，会出现一系列规则且体积非常大的气泡。除壁面上有一薄层液体外，这些段塞状气泡几乎占据了整个管道的横截面，其长度是管道直径的几倍。（4）搅拌流（Churnflow）：随着气体流速的增加，段塞流会破裂成一个湍流无序的水气两相流动。这种流型通常被称为泡沫流或搅动湍流。（5）环形流（AnnularFlow）：对于相对较高的空气流速和较低的水流量，管道内会出现环形流动。水在管壁上以膜的形式流动，而空气则通过管的中心部分。（6）喷雾流（Sprayflows）：对于非常大的气流速度，环形膜从管壁上剥离，并作为夹带液滴在空气中携带。这有时被称为环形雾流。图2-2垂直管道水气两相流流型分类Fig.2-2Classificationofwatergastwophaseflowpatterninverticalpipeline2.2水气两相流模型多相流包括气液、气固、液液和液固两相流动，以及气液固三相流动。有压管道水流冲击气团属于气液两相流。利用商用计算流体力学（CFD）软件进行模拟时，经常要涉及到计算模型的选择，对计算模型基本原理的了解与掌握有助于提高计算效率和精度。


本文编号：3452108