虹吸管气液两相流压降特性试验

通过系列试验量测了不同安装高度、不同水位差时虹吸管水平管段的压降、含气率及过流量,探讨和分析了虹吸管气液两相流压降的变化规律及气液两相流流型不同时影响管道压降的因素。结果表明,气液两相流管道压降与液相满流时压降规律相同,即压降值随管道水头的增大而增大;但是,与液相有压管流不同,水位差一定时压降值随安装高度的增大而减小。当虹吸管内为气泡流时,气泡存在对沿程阻力系数λ影响很小,可忽略不计。管道实测压降小于计算值的原因是气液两相压降减小率等于流速减小率。当虹吸管内为过渡流和气团流时,气液两相压降减小率与流速减小率相差较大,实测压降的减小不仅与流速减小有关,含气率的大小对气液两相压降的影响也不可忽略,含气率的增大使气液两相流动阻力增大,即压降增大。     

虹吸管道水气两相流动过流能力的试验分析

通过对虹吸式输水管道输水能力的试验研究,观测到不同安装高度下的气液两相流现象。量测了不同安装高度相应水位差下的流量的大小,并分析了流量变化规律。研究发现,随着安装高度的增大,虹吸管内气液两相流流型由气泡流转化为气团流。分析原因发现在安装高度h_s=2 m时,流量减小率与面积减小率相等,表明气液两相流时过流面积小于液相满流时过流面积是流量的减小的主要原因;当安装高度h_s2 m时,流量减小率与面积减小率相差较大,表明流量的减小不仅与面积变化有关,还应与沿程阻力系数有关。掺气浓度的增大使管内压降增大,压降的增大导致了管内阻力增大,从而使沿程阻力系数增大,而导致流量减小。     

明渠水流阻力系数计算公式分析与比较

按不同流态及流区对明渠水流阻力系数的计算公式进行了归纳和总结。以实测资料为依据,利用不同的阻力系数计算公式按明渠均匀流理论分别计算了实际输水明渠的过流能力,并将计算流量与实测流量进行对比,其相对误差在-7.9%～2.68%之间。其中,以紊流粗糙区的指数型公式和对数型公式的相对误差为小（-2.0%～2.68%）。在粗糙系数一定的条件下,不同阻力计算公式求得的阻力系数相差不大。从工程实用和计算方便的角度考虑,指数型公式较其它形式有更好的适应性,其计算的精确性往往取决于粗糙n的选择,用阻力平方区的公式计算过渡粗糙区的流量仍有较好的结果。     

长距离虹吸管道输水水力学模型试验研究

通过新疆某坎儿井式地下水库示范工程的长距离虹吸输水段管道进行输水水力学模型试验研究,观测了虹吸管安装高度不同时水流汽化现象和流态,测出管道水头与过流量关系,分析了试验值与设计值的差异.试验结果表明,在水力学模型设计时仅依据相似准则设计的虹吸输水管模型中的流动现象与原型不同,模型试验结果不能准确反映原型流动现象.对于真空有压输水管流运动的模型试验设计,除依据相似准则进行模型设计外,还必须尽可能保证模型与原型管道内的最大真空度相同,使模型试验结果较准确地反映原型管道流动现象和过流能力.同时,试验发现长距离虹吸输水管道的输水流量不仅与过流断面尺寸和上下游水位差有关,虹吸管的安装高度对其影响不可忽略.试验研究结果对管道真空输水模型试验提供了重要参考价值,同时对虹吸真空输水工程的设计与运行有一定的指导意义.     

真空有压管道过流能力及压降研究

为研究真空有压管道安装高度及上下游水位差对管道过流能力和压降的影响,通过改变安装高度和水位差对真空有压管道进行试验,结果表明:安装高度和水位差对管道流量及压降影响很大,安装高度一定时,随着水位差增大,管道过流能力增强,压降增大,且安装高度越大,水位差的变化对管道流量的影响就越明显;水位差一定时,随着安装高度增大,管内掺气浓度增大、压降减小,过流能力减弱,而安装高度在小水位差时对管道流量影响较大。     

大型倒虹吸工程水头损失及水力计算

针对三个泉倒虹吸实际过流能力富余、小洼槽倒虹吸实际过流能力不足的问题,基于工程特点及水力设计习惯,借鉴当量糙度的取值方法,分析了不同流量下三个泉与小洼槽倒虹吸的沿程水头损失,并与实测值对比。结果表明:对于三个泉倒虹吸的PCCP管和钢管,用柯尔布鲁克公式计算所得的水头损失与实测值更接近,明显小于水力设计时采用谢才公式所得值;对于小洼槽倒虹吸的玻璃钢管,用柯尔布鲁克公式计算所得的水头损失与实测值也更接近,但明显大于水力设计时采用谢才公式所得值。在此基础上,利用计算获得的沿程水头损失反算得出糙率n值和当量糙度Δ值,发现实际过流能力出现偏差的主要原因是水力设计时采用的谢才公式不适用于大口径倒虹吸管道内的流态。     

模拟边坡土壤虹吸排水试验研究

根据水力学中的虹吸原理,对模拟边坡土壤中的虹吸管过水量进行探究。通过试验与理论相结合推算出直径4 mm的虹吸管的沿程阻力系数,运用该阻力系数计算虹吸管在土壤中过水流量的关系,并进行试验研究。试验结果表明:土壤中埋设虹吸管的过水量随水位差增高而增大,当水位差大于3 m时将不能增加其过水量;土壤中埋设虹吸管的土层深度与管内过水量呈负相关,土层中土壤的渗透性是影响虹吸管过水量的主要因素。     

引洮总干渠明流过流能力研究

引洮供水工程要求总干渠在水库死水位时能够保证明流通过加大流量。隧洞明流过流能力与进口体型、洞内水深密切相关,计算显示,流量对洞内水深比较敏感。通过局部水力学模型试验,率定了洞内水深和流量之间的关系,结合糙率影响分析,证明总干渠在水库死水位不能通过加大引水流量。从流态、断面比能和模型比尺效应3个方面分析了总干渠死水位过流能力不足的原因,提出了加大过流能力的建议,认为减小隧洞糙率是保证在水库死水位时引取加大流量的最优措施。     

滩地加宽及主槽变化对复式断面过流能力的影响

为了分析不同断面形态对复式断面过流能力的影响,针对概化的复式断面顺直型河道,应用数学模型分别计算并分析了滩地加宽和主槽位置变化河道滩槽流量分配比、沿程水位、河道水力坡降的影响。结果表明：当滩地过水面积小于4~6倍的主槽过水面积时,增大滩地的宽度可以明显降低河道的沿程水位;改变主槽的位置几乎不会影响河道的过流能力。     

关于管道沿程阻力系数问题的分析

引用水力学基础理论,列出各种流态情况下的沿程阻力系数公式,并提出利用EXCEL软件来求解柯列勃洛克公式,从而为管道沿程阻力系数系数计算提供了一种简便方法,即利用Excel中求解勃洛克公式的简便方法。     

多隧洞输水工程进水口整流措施研究

多隧洞输水工程进水口控制段布置不合理往往会引起各隧洞分流不均,从而导致过流能力不足或空气进入有压隧洞的问题。以某水资源配置工程的倒虹吸为例,针对其进口控制段分流不均的现象,通过模型试验进行了分流墩、整流池以及底坎与整流池组合等整流措施的研究。试验成果表明:分流墩结构型式简单,利用其导向功能可较好地解决两洞分流不均问题;整流池通过改变水流的急缓流状态实现水流的横向均化,可达到多隧洞均匀分流的目的,但需要较长的池长,经济性略差;整流池与底坎组合措施横向均化水流的原理和效果与整流池相同,加设底坎可较大程度地缩短池长,其经济性较优。     

农田暗管排水能力分析与提升方法探讨

在地下水位较高、地表易于形成积水的地区,探索经济可行的农田暗管排水措施,对于降低作物涝渍胁迫、提高作物产量具有重要意义。本文基于暗管排水流量理论公式分析了暗管排水能力影响因素及增强暗管排水能力的途径,提出在暗管出口处安装虹吸管,利用虹吸原理使其下端出流口降低到一定深度的虹吸增流方法。理论和试验表明,该方法可以大大提升浅埋暗管排水能力,且不增加暗管排水成本。浅暗管通过虹吸管出口降低到中埋和深埋时,即作用水头增加1.33倍和1.67倍时,排水流量增大33.3%和66.7%;由于浅埋管具有较小的渗流阻抗系数,其排水流量比相同出口的中埋管和深埋管大16%和27%。随积水层深度的减小,有虹吸的浅暗管排水流量虽然减小,但增流效果百分比在增大。该研究成果可为涝渍灾害易发地区建设高效除涝降渍减灾工程提供新途径。     

大型输水渠跨渠桥梁墩柱导流罩及现场试验研究

为解决南水北调中线工程在加大流量输水期间出现跨渠桥梁密集段水位壅高、影响工程输水能力问题,选取双洎河倒虹吸-梅河倒虹吸约13.233 km渠段为输水试验段,以试验段内5座典型桥梁为试点,运用流体力学理论进行流线型导流罩基础体型与结构设计并对设计方案进行比选优化,运用数值模拟及原型观测试验研究方法进行桥梁墩柱导流罩应用效果研究。通过原型观测试验,分析验证5座桥梁加装导流罩后试验段的流态及过流能力。结果表明：5座桥梁安装导流罩后,桥梁墩柱附近流态显著改善,试验段水头损失减少64.4%,综合糙率减少8.0%,试验段内过流能力提高8.71%。研究成果可为长距离明渠输水工程中已建桥梁墩柱加装导流罩体型设计以及附近流态原型观测方法提供参考与技术支撑。     

南水北调中线工程输水建筑物整流累积效应研究

为分析输水建筑物整流对南水北调中线工程输水能力的影响,以陶岔渠首闸至十二里河渡槽渠段为例,建立一二维耦合水动力模型,其中渠道段采用一维模型,4个输水建筑物段(刁河渡槽、湍河渡槽、严陵河渡槽和淇河倒虹吸)采用二维模型,利用多年实测数据对耦合模型进行率定。分别对无整流方案和15种整流方案进行模拟计算,分析不同整流方案对上下游的影响,进而确定水头损失最小的整流方案。结果表明:单体整流影响范围为建筑物上下游3~5.km,多个建筑物整流的累积效果小于单个建筑物整流效果的线性叠加;对渠段中间2个输水建筑物(湍河渡槽、严陵河渡槽)进行整流的效果优于对上下游2个输水建筑物(刁河渡槽、淇河倒虹吸)进行整流的效果。     

LIQUID-GAS TWO PHASE FLOW RATES METERING BY DUAL PRESSURE DIFFERENTIAL MEASUREMENTS

The measurement of the overall mass flow rates in a two phase, gas/liquid pipeline is considered on the basis of dual pressure differential measurements for a combined contraction/frictional pipe type of flow meter and a numerical model to predict overall mass flow rates from pressure differentials measured from this type of flow meter is presented. The experiments generally conform with the predictions of the flow rates prediction model. Whilst the practicability of such metering of two phase flows is clearly demonstrated, application of the method would require careful calibration to allow for the influence of nozzle coefficients, pipe Reynolds number and void fraction upon the one dimensional compressible flow equations through wall friction factor and interphase slip effects.     

竖直较大管径内气液两相流截面含气率实验研究

截面含气率是气液两相流动过程中的关键参数之一.在大管径流道内的气液两相流,弹状流难以形成,与常规通道相比,其流型特征明显不同.适用于常规通道截面含气率的一般计算方法,对于大管径流道而言,其适用性也较差.本文通过研究较大直径圆管内的气液两相流动过程,寻找适合于过渡尺寸流道内两相流动截面含气率的计算方法,从而建立起完整的、针对各个尺度范围内截面含气率的计算方法.实验选圆管直径为50 mm,介于常规通道和大通道之间;以空气和水作为工质,气相、液相折算速度的范围分别为0.05-2.0 m/s及0.01-2.0 m/s.首先利用获得的截面含气率实验数据,对适用于常规通道和大通道的截面含气率计算模型进行了评价;然后通过分析几类漂移流模型计算方法的分布系数和漂移速度的变化规律,解释了Hibiki-Ishii、Kataoka-Ishii、Kawanishi等几个模型计算误差较大的原因.     

超长倒虹吸出口明满流仿真闸门动态边界设置方法

鄂北调水工程中的孟楼-七方倒虹吸长达72 km,其闸门调控下的出口边界设置对倒虹吸管内水力响应过程有显著影响.超长倒虹吸出口闸门处于有压段与明渠段的交界处,属于长有压管道闸孔淹没出流,具有高度耦合、非线性化的特点.常用的有压隧洞泄流公式未考虑倒虹吸内的非恒定流运动,不适于作为长倒虹吸出口边界,Henry公式能够合理反映...