發(fā)布時間：2020-06-02 05:54

【摘要】：輸水管道是城市供水系統(tǒng)的重要組成部分,其運(yùn)行狀態(tài)將對供水安全性和管網(wǎng)輸水能力產(chǎn)生重大影響�，F(xiàn)階段對輸水管道中瞬變流造成危害的預(yù)防和控制方法的研究主要針對的是彈性管道。但隨著高分子材料技術(shù)的發(fā)展,粘彈性管道在中國得到廣泛的應(yīng)用。為了準(zhǔn)確了解粘彈性管道中的實(shí)際壓力波動情況,本文建立了粘彈性管道瞬變流模型,并且分析不同因素對純液相以及氣液兩相瞬態(tài)流動過程模擬準(zhǔn)確性的影響。首先,對粘彈性管道純液相瞬變流問題進(jìn)行簡化,詳細(xì)推導(dǎo)基本微分方程,假設(shè)摩阻系數(shù)不發(fā)生變化,建立粘彈性管道純液相瞬變流模型。依據(jù)文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,對比不同流態(tài)下粘彈性管道瞬變流模型與彈性管道瞬變流模型模擬的準(zhǔn)確性。結(jié)果表明:考慮管道粘彈性可以顯著提高純液相瞬變流模型的準(zhǔn)確性,使壓力波振幅值最大相對誤差降至0.37%~6.34%;管壁約束系數(shù)越小,得到的壓力波動的振幅值越大。然后,對粘彈性管道的摩阻模型做出修正,分別引入改進(jìn)的IAB摩阻模型和Vardy-Brown摩阻模型,建立引入瞬態(tài)摩阻模型的粘彈性管道純液相瞬變流模型。依據(jù)文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,分別對比不同流態(tài)下高密度聚乙烯管和中密度聚乙烯管中純液相瞬變流模型模擬的準(zhǔn)確性。結(jié)果表明:修正摩阻模型可以提高純液相瞬變流模型的準(zhǔn)確性,且引入Vardy-Brown摩阻模型時模擬結(jié)果更接近實(shí)驗(yàn)結(jié)果,此時壓力波振幅值最大相對誤差為0.22%~4.46%。最后,對粘彈性管道氣液兩相瞬變流現(xiàn)象展開研究。分別引入不同摩阻模型,建立粘彈性管道氣液兩相瞬變流模型。依據(jù)文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,對比紊流狀態(tài)下引入不同摩阻模型的粘彈性管道氣液兩相瞬變流模型模擬的準(zhǔn)確性。結(jié)果表明:對于瞬時低壓小于飽和蒸汽壓的粘彈性管道,必須同時考慮管道的粘彈性和斷流彌合水錘現(xiàn)象,才能反映管道中實(shí)際壓力波動情況,并且可以通過修正摩阻模型來提高粘彈性管道氣液兩相瞬變流模型的準(zhǔn)確性,引入改進(jìn)的IAB摩阻模型時壓力波振幅值相對誤差降至3.56%~7.14%。綜上所述,本文建立了粘彈性管道純液相及氣液兩相瞬變流模型,并依據(jù)文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,對管道的粘彈性、管壁約束系數(shù)、不同的摩阻模型等影響模擬準(zhǔn)確性的因素進(jìn)行了分析,為粘彈性管道的瞬變流研究提供了參考依據(jù)。
【圖文】：

圖 2-1 連續(xù)性方程中的微元控制體而在同一段時間內(nèi)流出斷面 2-2 的流體質(zhì)量為：2m VAdt ( VAdt )dxx (2-2)流出流入控制體的質(zhì)量差為：1 2 1M m m ( VAdt )dxx (2-3)由于液體的壓縮性和管壁的粘彈性，在dt 時間內(nèi)，，控制體內(nèi)的流體質(zhì)量變化2M ( Adx )dtt (2-4)根據(jù)質(zhì)量守恒原理，可得：( Adx ) dt ( VAdt ) dx=0t x (2-5)消去 dxdt，上式整理為：( A) ( AV) 0t x (2-6)將上式展開，并寫成全微分形式：

通過實(shí)驗(yàn)測得 HDPE 管中純液相瞬變流壓力波動數(shù)據(jù)[9]。圖2-7 是該實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖。從圖中可以看出，該實(shí)驗(yàn)裝置由水泵、壓力罐、流量計(jì)、測壓裝置和管道系統(tǒng)組成。其中，管道采用的是參數(shù)為 SDR11 PE100 NP16的 HDPE 管，管道總長度為 271.50m，管道內(nèi)徑為 50.6mm，管壁厚度為 6.2mm。水從吸水管流入水泵，經(jīng)過進(jìn)水管流向壓力罐，保持壓力，流經(jīng)流量計(jì)后進(jìn)入水平放置的管道系統(tǒng)，由回水管流出。本文參考測壓點(diǎn) 1、測壓點(diǎn) 5、測壓點(diǎn) 8 處采集的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用于瞬變流模型校核，這三個測壓點(diǎn)距離上游壓力罐的距離分別為271.00m、116.42m、196.93m。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TU991.36

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2692711