气力提升管内气泡形变的实验研究

气泡的形变作为气力提升装置的主要影响因素,其形变规律直接影响气力提升装置的提升性能。为此,该文中运用高速摄像仪拍摄了气液两相流流场结构,基于图像处理获取了气泡运动过程中的形状参数,通过气泡匹配技术得到了气泡的运动速度。实验结果表明,改变运行参数会引起气泡碰撞和融合发生机率的变化,进而影响到气泡初始生成体积;气泡运动速度的周期性变化会改变气泡的直径和变形,进而改变管内流型,最终导致气力提升装置的提升性能发生变化。     

进气方式增强气力提升作用的研究

气力提升装置由于具有结构简单、安全可靠、成本低、不受水深限制及易于控制和操作等特点,因而在钻孔水力开采(BHM)、河道清淤和大洋采矿等应用方面具有独特的优势。为揭示该技术中进气方式对气力提升特性的作用机理及过程,增强其提升效果,以河沙为测试颗粒,系统研究气孔数量对排液量、排沙量以及提升效率的影响规律。结果表明,除在气孔数量分别为1,2和3时其提升效果会出现显著差异外,在其余进气方式中该差异并不明显。基于伯努利方程还建立了管内无量纲特征方程,并与实测结果比较。结果说明任一进气方式下其无量纲实验散点大致落在同一分布函数上,并与理论模型吻合较好。研究对深入认识气力提升机理和丰富多相流动力学理论有重要意义。     

管径对垂直上升管内气液两相流流型的影响

以空气和水作为介质,在管径分别为20mm与8mm的垂直上升管内进行了常压下气液两相流流型的实验研究,得到了这两种管径下泡状流、弹状流、乳状流和环状流等流型,得到的绝大部分实验点与Hewitt和Roberts流型图相符合,并根据实验结果修正了流型图的转化边界.对于气液两相流垂直上升流动,环状流发生所需的气相折算速度几乎不随液相折算速度的变化而变化.不同管径条件下,各种气液两相流流型发生的范围和转换趋势基本一致,乳状流向环状流的转换界限基本重叠,而泡状流与弹状流的界限变化大一些.由于弹状流的换热与泡状流的换热完全相同,因此泡状流与弹状流的界限误差对传热而言并不重要,可以忽略管径对Hewitt和Roberts流型图的影响.     

新型农产品管道车优化设计及运移特性研究

随着现代绿色农业的发展和物流产业链的变革,新型农产品运输方式受到学者越来越多的关注。针对传统运输方式的缺陷,设计了一种与有压管道配套使用的新型农产品管道车。为了研究该新型农产品管道车的运动性状,分别以雷诺数、车荷重为控制因子研究试验段内该新型农产品管道车的速度变化,对比各测试断面压力水头分析试验段内的压力变化。运用正交试验数据分析,以相对于流速较快的管道车运行速度、较小的压力损失和较重的输送荷载为目标,采用多指标试验设计分析方法建立了综合评分模型。研究结果表明,该管道车在管道内的运动是非匀速的,受此影响,管内液体运动也是非定常的。综合评分模型得出该管道车结构参数对输送性能的变化规律和综合性能最高的指标参数组合,可为该新型农产品管道车研究方案的设计和结构参数的优化提供参考。     

高效螺旋气力清淤实验研究

为了进一步提高气力清淤的浓度和效率,提出一种新的轴向螺旋进气方式。以普通河砂模拟淤积固体,采用与工程实际相近的槽底供砂方式,在运动中抽砂,研究螺旋进气对气力清淤性能的影响。结果表明：水平清淤,气力清淤性能随进气螺旋角的增加而增加,性能曲线呈驼峰式发展。当螺旋角为10°时系统获得最佳性能,此时系统排砂量和提升效率较常规气力清淤分别提高28%和11.8%。垂直清淤,气力泵吸口埋入砂层,系统排砂量和排砂浓度得到进一步提高,且二者随气力泵埋入深度的增加而增加,砂层出现明显坍塌和流动,呈以气力泵为中心的倒圆锥砂坑,且砂坑体积与泵的埋入深度成正比增长。     

采用电阻层析成像技术的油水两相流流型特征研究

流型问题在多相流研究中占有重要地位,对于流型转捩点的研究具有很高的学术价值,但是其研究比较困难,对其影响因素的研究有待完善,测量手段也有待改进。该文采用电阻层析成像技术和压力传感器等设备对油水两相流流型特征进行了实验研究,分析数据重建图像并绘制了流型图。实验使用白油和水作为介质,在管道内径为50 mm,总长约20 m的有机玻璃循环管路中进行。电阻层析成像(electrical resistance tomography,ERT)系统采用单截面16个电极,并在管道上加装压力传感器,通过改变管道入口处水相和油相的表观速度来产生不同流型。实验中采集了不同电极对上的电压变化,并运用反投影算法重建管道截面内电导率分布,进而判断其中各相相分布,实现可视化测量,最后基于流型特征根据实验结果做出对不同流况的流型预判,绘制流型图,并绘制各流型之间的转换边界曲线,和已有流型图进行对比,为流型识别的深入研究提供支持。     

基于瞬变流频率响应分析的输水管道泄漏检测

采用传递矩阵法和频率扫描法,分析了管道泄漏对系统频率响应图的影响,以及频响图变化形态与泄漏点位置和泄漏面积参数之间的关系。在此基础上,介绍了基于管道瞬变流频响分析进行泄漏检测的步骤,并进行了数值试验验证。结果表明:1与完整管道相比,泄漏点的存在使系统频响图中各奇次谐波和偶次谐波的幅值均不再保持定值,而是随着谐波次数的不同呈现周期性的变化;2奇次谐波幅值随谐波次数周期性变化的主频率及相位反映了泄漏点位置,而该主频率所对应的幅值则反映了泄漏面积参数,据此可进行管道泄漏的检测;3数值试验结果表明基于瞬变流频率响应分析进行输水管道泄漏检测是可行的,且在泄漏孔面积占主管道面积比例较小的条件下,水锤波传播速度变化对检测结果的影响很小。     

通气管对泵站水锤的防护

安装出口活门的轴流泵站,受起动和停泵水锤比较严重,常造成叶片损坏、底脚螺栓剪断和管道凹瘪.起动时,活门反复开闭,管内压力反复升降;停泵时,管内产生以负压为主的压力波,从减轻管内压力变化的角度出发在管道出口端安装一根通气管,利用空气对压力进行平衡.经试验,起动时活门反复开闭得到彻底根除,停泵时活门漏水、漏气现象得到高度缓...     

水泵运转中的受力分析与应对措施

分析了水泵内压力在给排水系统中产生的原因和危害,结合某高层建筑循环水工程,分析了项目调试中管道受管内水压力而严重变形的原因,提出了将进口的软接头由水平位置改为竖直,在进水管段的上下都增设了固定支撑,增加惰性块面积等措施,解决了管道系统变形的问题.     

迪恩涡强化传质的理论与优化设计试验研究

研究了编织型中空纤维膜迪恩涡强化传质理论、优化设计理论、各种几何参数对渗透性能的影响,试验研究了线型/编织型中空纤维膜渗透性能对比和不同螺距编织型中空纤维膜渗透性能对比。结果表明采用弯曲管道流体窄隙理论优化设计编织型中空纤维膜组件,试验结果与理论分析计算一致;迪恩涡强化传质编织型中空纤维膜渗透性能,不但对污染溶液作用显著,同时对降低不含溶质的纯水渗透能耗也有明显作用。     

空气阀数学模型及排气性能研究

空气阀是输水管道进排气的重要设备,具有充水排气、放空吸气,正常输水排气等功能,而且越来越多地用来作为水锤防护措施,因此空气阀的合理选型至关重要。从热力学基本原理出发,推导了理想气体和不可压缩气体两种假设空气阀数学模型,并对美国给水工程协会M51指南所提供的空气阀排气性能参数进行了误差分析。分析结果表明：理想气体假设模型具有较高的精度,不可压缩气体假设模型在压差较小的情况下具有较高的精度,在初次充水、放空等小压差工况下可采用该模型。同时,还以CJ/T217-2013中FGP型复合式空气阀排气性能参数为例进行了流量系数分析。结果表明：流量系数并非常数,而是一个随压差、口径变化的变量,因而在水力过渡过程计算中,流量系数应通过实测得到。研究结果可为空气阀的合理选型提供理论依据,同时也可为工程安全运行提供技术保障。     

突扩跌坎掺气设施深化研究

高速水流下的空化空蚀和高水头下的闸门止水问题是高水头泄水建筑物运行所遇到的2大问题。为深入研究突扩跌坎掺气设施,进一步了解其水力特性和空化特性,以某水利枢纽孔板泄洪洞中闸室通气系统和突扩跌坎掺气设施为具体研究对象,通过建立比尺 1∶20 的局部水工模型,分析研究了通气孔风速、流态、压力、掺气浓度等水力特征参数,并将试验结果与原型观测结果进行了对比。结果表明:该工程布置的掺气效果良好,试验所得通气管内风速随闸门开度变化的趋势、水流掺气浓度、压力及其脉动在数值上与原型观测结果均一致,说明工程原型观测与模型试验对比验证是成功的。理论研究和实际运用均表明,结合闸门止水和掺气减蚀要求的突扩跌坎布置,是符合实际需求且安全可行的,同时也是解决高水头条件下闸门止水和掺气减蚀的有效措施,具有广泛的推广应用价值。     

管道汇流口局部阻力试验研究

通过试验研究并结合水动力学原理,在分析汇流口独特水力特性及能量损失机理的基础上,提出了适用于任意角度汇流管路分析计算的局部能量损失系数的普遍表达式。分析了交汇角、流量比(支管流量／合流量)及面积比(支管面积／主管面积)等因素的影响规律,并对各影响因素进行了分析比较。研究结果表明,管道汇流口水流的局部能量损失,必须考虑汇入断面上支流沿下游主流方向的动量分量和主支流间相互掺混引起的附加摩擦阻力的影响。局部能量损失系数随交汇角、流量比增加而增加。当流量比较小时支流的局部水头损失系数出现负值,而当流量比较大时主流的局部水头损失系数出现负值。分离区内外压强差随交汇角增大而增大,随流量比的增大先增大后减小。     

航道疏浚淤泥管中固化处理试验研究

基于管中气动输送固化土技术,研制了一套柱塞式管中混合固化试验系统,开展固化剂配制、管道方案设计和试验研究。以水泥、粉煤灰和生石灰作为三掺固化剂配料,水泥用量在3%~5%,可降低成本,提高固化效果。柱塞式管中固化系统以疏浚泥含水率调整装置、压缩空气输入和固化剂注入装置为主要组成部分。在固化剂注入处将输泥管直径扩大1倍作为混合区,根据CFD数值仿真确定混合区的长径比为5.8∶1。通过调整三部分的输入压力,可获得较好的混合效果,有效通过输泥管道输送固化土。该试验系统适合于大体积量固化土制备、输送和高效的处理,可为我国疏浚淤泥的处理提供参考。     

弧形闸门前漩涡影响因素研究

为研究弧形闸门局部开启时引起闸门前发生的吸气漩涡影响因素,取某泄洪闸的其中一孔为研究对象,采用比尺为1∶20的水工模型进行了相关试验研究和理论分析。研究结果表明,闸前吸气漩涡的产生与闸前水深、闸门开度、来流环量以及表面张力和黏性力有关。通过试验观测和理论分析得到,闸前漩涡存在上、下两个临界淹没水深。当闸前水深在临界淹没水深上下限之间时有吸气漩涡发生。弧形闸门局部开启时,开度越大,闸门进水口的宽高比越小,吸气漩涡越强;来流的边界条件引进的环量作用越明显,漩涡越强;当雷诺数Re≥4.4×10~4,韦伯数We≥(104~208)时,可以忽略黏性力和表面张力对试验的影响。最后,通过理论分析建立了只考虑闸门进水口的宽高比和环量数的临界淹没水深公式。     

掺气水射流的空化及其应用

基于两相流体动力学的理论，建立空蚀射流切割装置中短管内的压力变化梯度的基本方程式；通过求解不同流速与不同掺气量时的短管内压力变化结果，分析了初始掺气率和水流流速对短管内压力坡降的影响；为增高水射流的切割效率提供理论依据；研究表明，若水流马赫数接近于1，短管内将产生巨大的压降，促使出口水流产生空化，通过利用高速水流并控制吸入适量空气，形成的空蚀流可提高水射流的切割效率。     

Single-phase and two-phase flows through helical rectangular channels in single screw expander prototype简

The CFD simulations are carried out for the flows in a horizontally oriented helical pipe with various inlet sectional liquid holdups and coil pitches （ H ） . The development of the pressure fields for the single phase air flow and the air-water two-phase flow through the helical rectangular channels is studied. The points with a higher pressure often become the position of expansion leakage. The liquid phase distribution at these points can prevent the leakage of air. It is shown that the increase of the inlet sectional liquid holdup may increase the local liquid holdup at the outmost side of the helical channel. Based on the published pressure drop correla-tion, a new modified relation for predicting the pressure drop in the helical rectangle channel is proposed.     

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。