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      1. 歡迎進入閥門技術在線

        閥門小開度對突擴管流下游脈動壓力特性的影響

        稿件來源:排灌機械工程學報 Journal of Drainage and Irrigation Machinery Engineering  作者:潘越 點擊:185次 發布時間:2019-11-18
         
        【摘要】

        由于輸水系統的閥門開度會因水流的沖擊而產生振動,這種振動會沿著管壁傳播,進而影響管路的穩定性,故而深入分析閥門開度對變截面管流下游脈動壓力特性的影響,對提高管路水流的穩定性和輸送效率具有重大的意義。本文主要揭示在開度不超過50%時,不同的閥門開度對突變截面圓管下游流動的脈動壓力特性的影響,實驗以清水為流體,并以不同的閥門開度和距突擴距離的長短為變量,測試了突擴管流不同位置的脈動壓力幅值,進而分析不同閥門開度對變截面管流脈動壓力特性的影響。實驗發現變截面管流下游流體脈動壓力過程曲線具有隨機平穩特性,使用閥門調節流速會使各點脈動壓力周期變長;閥門會使變截面管流下游產生50Hz左右的脈動壓力,流體脈動壓力幅值與閥門開度正相關;隨著距突擴距離的增加,流體壓力脈動強度先增大后減小;隨著閥門開度的增加,脈動壓力能量分布頻域逐漸變寬,流體流過突擴后的脈動壓力恢復長度變長。


        【正文試讀】

        1 引言

        在工業排水系統中,很多地方都會采用閥門作 為開關,閥門是用于便捷實現啟閉的原件。無論是 礦山排水還是家庭自來水的供給都會不可避免的 采用閥門作為開關。而局部含有橫截面積突然變 化元件的管路,在石油運輸、消防栓、輸水系統、水 力采煤和油田沖蝕鉆井等工業過程中經常遇到。 在實際流體循環輸送系統中有很多管路輔助 元件,如接頭、控制閥、換熱器等。流體通過這些元 件以及通過后,流體的阻力情況和相應的流動結構 必然會發生改變。而且在供水循環系統中,閥門的 開度大小會使閥門附近的水流流態發生巨大的改 變,這種改變不僅會引起閥門的振動,而且還會隨 著流體的流動而傳遞到管路當中,導致管路流態失 穩甚至結構被破壞。因而本文主要針對不同的閥 門小開度對變截面管流下游不同位置脈動壓力特 性的影響展開探討。目前關于此類研究的論文很 少,尚不足以讓人們全面認識閥門開度對變截面圓 管流下游的脈動壓力特性的影響。研究突擴、突縮 等局部管件及其組合對管道的局部壓力和流量產 生的影響的準確評估是設計含有此類管件流動系 統前必須調研的工作,因為它的大小直接影響著整 個流動系統的設計及管件的選型。通過改變閥門 開度對變截面圓管流下游脈動壓力特性的影響展 開研究,從流體力學層面解釋閥門開度對變截面管 流下游的脈動壓力特性的影響更具有理論意義。 因此本實驗主要針對閥門開度在一定范圍內對清 水在管徑比約為1: 1.5的突擴管流下游的脈動壓力 特性的影響進行了實驗研究,探究閥門小開度對變 截面圓管流脈動壓力特性的影響,希望對工業輸水 系統的管路設計提供一定的借鑒。

        查閱相關文獻,HUANGHu[1]等對平板閘門脈 動壓力進行研究認為,隨著水位的上升,脈動壓力 頻率減小、閘門底部作用脈動功率減小;李利榮[2]等 針對自動滾筒閘門啟閉過程中水流邊界條件情況, 制作了滾筒閘門模型,對不同上游水位、不同開度 時水流脈動壓力進行了物理模型試驗,發現自動滾 筒閘門水流脈動壓力過程具有呈正態分布的隨機 平穩特性;沈春穎[3]等利用Morlet小波變換對淹沒 式閘孔出流試驗測得的脈動壓力信號進行時頻特 征分析,發現脈動壓力第一主周期較小的點位于閘 后淹沒水躍段,不同工況第一主周期最小點與脈動 壓力能量最強點基本吻合;當淹沒系數較小時,相 鄰測點間存在主周期一致現象增多。劉月樓[4]等通 過利用壓力脈動傳感器通過試驗方法對閘下水流 脈動壓力進行研究,發現閘下水流脈動壓力概率密 度屬于正態分布,閘門有槽條件下閘門底部測點水 流脈動壓力大于閘門無槽條件下閘門底部測點水 流脈動壓力等結論。閥門的開度會影響管路的穩 定性,所以有必要對其受力特性、脈動壓力等進行 系統研究,本文通過搭建小尺度變通流截面管流的 阻力及流場測試平臺,試驗探討了閥門小開度對變 截面圓管流脈動壓力特性的影響。


         
         
        【關鍵詞】:閥門開度; 變截面; 雷諾數; 脈動壓力; 紊流
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