规模化灌溉管网进排气阀排气特性数模分析与试验研究

发布时间：2020-05-13 01:04

【摘要】：随着我国经济的高速发展,人们对水资源的需求日益增加,水资源供需矛盾日益加剧,大力推进灌溉管网规模化以减少农业用水过程中不必要的损失成为农业现代化发展的必然趋势。但由于规模化灌溉管网灌溉距离长,管线起伏变化大等特点,气体易积存于管道内,常因排气不畅而产生严重的爆管现象。进排气阀是灌溉工程中最为常见的安全调控设备。但其在气液相间工况下,受阀内气托力的影响很难做到连续排气,因此研制出一种能够实现在任何工况下自动连续排气,且安全、可靠、适用范围广、排气性能强的进排气设备,并研明其排气性能和排气过程中阀门内部气体流动情况,为规模化灌溉管网的安全运行提供理论支撑和技术支持。基于以上认识,本研究的主要内容及结果如下:(1)概述了常见进排气阀的种类、工作原理和结构特征,总结了各类进排气阀的优缺点,为实际工程中进排气阀的选择提供了依据;(2)在充分调研的基础上,指出了现有进排气阀在气液相间工况下,无法连续排气的问题,利用配压原理,设计出了两种新型管道灌溉进排气设备,即单腔一体式新型进排气阀和双腔外联式新型进排气阀,并通过制作原理样机的形式对新型进排气阀的导阀样机进行了原理试验,验证了设计原理中配压机构驱动进排气阀实现气液相间工况连续排气的可能性;(3)以DN50尺寸双腔外联式新型进排气阀为例,利用三维造型GAMBIT软件和流体计算ANSYSCFX软件,对阀瓣开度为0.2cm、0.4cm、0.8cm、1.2cm时不同排气量条件下新型进排气阀主阀腔体内部流场进行了数值模拟,并根据模拟计算结果绘制了各阀瓣开度状况下排气量-压差关系曲线;通过提取内部区域重要剪切面的相关压强分布云图、速度分布云图、气流流线图等信息,直接展现了阀体内部气流的走向,描述了压强与气流流速的分布情况;并通过不同工况下主阀腔体内部重要剪切面的对比分析,探明了阀瓣开度和进出口压差对主阀腔内内部气流流态以及阀门排气量的影响;(4)通过建立进排气阀排气性能试验平台对阀瓣开度为0.4cm、0.8cm、1.2cm时不同进出口压差条件工况下的进排气阀排气量进行了物理试验研究,拟合同一开度不同压差工况的试验结果,建立了各阀瓣开度状况下排气量-压差关系函数;并利用该拟合函数计算数值模拟假定的各压差条件下的排气量数值,将取得的实际排气量数值与数值模拟计算结果进行对比分析,误差在0.08～6.43%之间,验证了进排气阀数模分析方法的可行性和仿真模型的准确性。(5)试验结果显示:当压差为0.035MPa时,DN50双腔外联式进排气阀排气量为852.95m3/h,高于规范规定的该工况下进排气阀应达到排气量(670m3/h)27.31%;当压差为0.07MPa时,该进排气阀排气量为1314.45m3/h,高于规范规定的该工况下进排气阀应达到排气量(1080m3/h)21.71%。证明了新型进排气阀排气性能满足设计要求。
【图文】：

５ＢＳＥ0ｃｃａｃ￥！ｉ＾＾逡逑雷１逡逑图２－１高压微量进排气阀结构示意图邋图２－２低压高速进排气阀结构示意图逡逑（２）低压高速进排气阀逡逑工作原理：该类进排气阀是在管线处于低压运行状态时，可实现大量进排气的进排气逡逑装置，公称通径一般在ＤＮ２５－２００ｍｍ。当管路系统首次运行充水时，该类进排气阀的大排逡逑口将完全开启大量排气直至将管道内气体完全排出，随后，水进入阀体内部，水的浮力推逡逑动浮球浮起，关闭阀门。在管路泄水或检修等情况管道突然产生负压时，该类进排气阀的逡逑浮球会随即落下，开启进排气口，利用阀体内部与大气压差吸入空气，消除管路系统负压。逡逑此类进排气阀只有当管线中的压力处于低压状态时才会工作，当系统压力恢复正常，阀门逡逑便会关闭。该类进排气阀的进排口面积较大，浮球在工作时受自身重力、水的浮力和阀体逡逑内外压差等力的作用。系统刚开始充水时

５ＢＳＥ0ｃｃａｃ￥！ｉ＾＾逡逑雷１逡逑图２－１高压微量进排气阀结构示意图邋图２－２低压高速进排气阀结构示意图逡逑（２）低压高速进排气阀逡逑工作原理：该类进排气阀是在管线处于低压运行状态时，可实现大量进排气的进排气逡逑装置，公称通径一般在ＤＮ２５－２００ｍｍ。当管路系统首次运行充水时，该类进排气阀的大排逡逑口将完全开启大量排气直至将管道内气体完全排出，随后，水进入阀体内部，水的浮力推逡逑动浮球浮起，关闭阀门。在管路泄水或检修等情况管道突然产生负压时，该类进排气阀的逡逑浮球会随即落下，开启进排气口，利用阀体内部与大气压差吸入空气，消除管路系统负压。逡逑此类进排气阀只有当管线中的压力处于低压状态时才会工作，，当系统压力恢复正常，阀门逡逑便会关闭。该类进排气阀的进排口面积较大，浮球在工作时受自身重力、水的浮力和阀体逡逑内外压差等力的作用。系统刚开始充水时
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S277.9

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本文编号：2661118