灌溉管道PVC连接管件水力特性试验研究

发布时间：2020-06-10 05:32

【摘要】：我国是一个农业大国，农业用水量大和水资源短缺的现实决定我国必须走节水灌溉的道路。为了在灌溉管网设计中达到安全运行、经济输送的目的，必须在管网水力计算中尽可能合理解决管道内流体的能量损耗与流量输送之间的矛盾。干管和支管构成各种管道灌溉系统输配水网，是灌溉工程的主体。灌溉管网干、支管常见形变件的局部阻力损失是管网压力设计计算中重要内容。正确计算各形变件的阻力损失，不仅可以防止管网供压不足或爆管等问题，而且对管网设计经济合理，降低工程造价具有重要意义。本文对国内外变径管、弯头的研究进行了总结，针对变径管、弯头研究存在的问题和不足，采用试验和数值模拟相结合的研究方法，对灌溉管网干、支管常见变径管阻力特性，90°弯头阻力特性，以及通过数值模拟对45°弯头水力特性进行了研究。为了研究变径管的水力特性，本文针对灌溉管网中常见PVC变径管，利用FLUENT计算软件，运用RNG k-ε紊流模型，分别对不同流速条件下，管道中流体的流动进行了数值模拟。给出了六种常见PVC变径管件的模拟计算结果，，选取其中四组进行了试验验证，与模拟结果基本吻合。利用MATLAB软件拟合了局部阻力系数与变径管上下游的管径比的关系，给出了阻力系数与变径管管径比两者的关系式，在一定程度上可以为工程实际的应用提供参考。同时，对变径管件的局部水头损失机理进行了探讨，分析了灌溉管网中变径段独特的水流特性及能量耗散机理。为了研究90°弯头的水力特性，本文运用试验和数值模拟的方法，对DN50和DN75两种pvc承插式90°弯头的流动特性进行了试验和数值模拟，所得模拟结果与试验结果基本吻合。结果表明：不同管径的弯头局部阻力系数先随雷诺数的增大而迅速降低，在雷诺数达到一定数值后，局部阻力系数趋于一定值，随雷诺数的变化很小。利用CFD中的fluent软件，对不同管径的承插式90°弯头进行了数值模拟。根据模拟结果，建立了局部阻力系数与管径的关系式。同时对比分析了承插式90°弯头的速度场、压力场，以及由弯头的流线图和速度矢量图，得出了弯头水头损失的主要原因：弯头的水头损失主要发生在弯头下游管段，弯头水头损失主要来源于因流动方向的改变及漩涡引起的能量损失。在90°弯头试验和数值模拟分析的基础上，对45°弯头进行了数值模拟，结果表明：不同管径的45°弯头进入阻力平方区后，其局部阻力系数基本集中在0.4-0.5之间。与90°弯头相比，45°弯头阻力规律受管径的影响较小，其阻力特性也明显优于90°弯头。
【图文】：

压力传感器,数值模拟计算,本方程,射流扩散

图 3-2 试验时安装的压力传感器图 3-3 实验所用变径管Fig.3-2 The pressure sensors of the test installation Fig.3-3 The adapter bonnet of the test3.2 数值模拟计算3.2.1 数学模型数值模拟计算模型选取 RNGk 模型，RNGk 模型在模拟计算强逆压力梯度射流扩散率以及模拟分离、回流和旋转时有较高的精度(王福军 2004；J.Perez-Garca, E 2006；陈江林等 2012)。RNGk 模型基本方程如下：连续性方程：动量方程：()2()''kjiuuuuupuu 0() iixu

变径管,数值模拟计算

【参考文献】