由于输水系统的阀门开度会因水流的冲击而产生振动,这种振动会沿着管壁传播,进而影响管路的稳定性,故而深入分析阀门开度对变截面管流下游脉动压力特性的影响,对提高管路水流的稳定性和输送效率具有重大的意义。本文主要揭示在开度不超过50%时,不同的阀门开度对突变截面圆管下游流动的脉动压力特性的影响,实验以清水为流体,并以不同的阀门开度和距突扩距离的长短为变量,测试了突扩管流不同位置的脉动压力幅值,进而分析不同阀门开度对变截面管流脉动压力特性的影响。实验发现变截面管流下游流体脉动压力过程曲线具有随机平稳特性,使用阀门调节流速会使各点脉动压力周期变长;阀门会使变截面管流下游产生50Hz左右的脉动压力,流体脉动压力幅值与阀门开度正相关;随着距突扩距离的增加,流体压力脉动强度先增大后减小;随着阀门开度的增加,脉动压力能量分布频域逐渐变宽,流体流过突扩后的脉动压力恢复长度变长。

1 引言

在工业排水系统中，很多地方都会采用阀门作 为开关，阀门是用于便捷实现启闭的原件。无论是 矿山排水还是家庭自来水的供给都会不可避免的 采用阀门作为开关。而局部含有横截面积突然变 化元件的管路，在石油运输、消防栓、输水系统、水 力采煤和油田冲蚀钻井等工业过程中经常遇到。 在实际流体循环输送系统中有很多管路辅助 元件，如接头、控制阀、换热器等。流体通过这些元 件以及通过后，流体的阻力情况和相应的流动结构 必然会发生改变。而且在供水循环系统中，阀门的 开度大小会使阀门附近的水流流态发生巨大的改 变，这种改变不仅会引起阀门的振动，而且还会随 着流体的流动而传递到管路当中，导致管路流态失 稳甚至结构被破坏。因而本文主要针对不同的阀 门小开度对变截面管流下游不同位置脉动压力特 性的影响展开探讨。目前关于此类研究的论文很 少，尚不足以让人们全面认识阀门开度对变截面圆 管流下游的脉动压力特性的影响。研究突扩、突缩 等局部管件及其组合对管道的局部压力和流量产 生的影响的准确评估是设计含有此类管件流动系 统前必须调研的工作，因为它的大小直接影响着整 个流动系统的设计及管件的选型。通过改变阀门 开度对变截面圆管流下游脉动压力特性的影响展 开研究，从流体力学层面解释阀门开度对变截面管 流下游的脉动压力特性的影响更具有理论意义。 因此本实验主要针对阀门开度在一定范围内对清 水在管径比约为1： 1.5的突扩管流下游的脉动压力 特性的影响进行了实验研究，探究阀门小开度对变 截面圆管流脉动压力特性的影响，希望对工业输水 系统的管路设计提供一定的借鉴。

查阅相关文献，HUANGHu［1］等对平板闸门脉 动压力进行研究认为，随着水位的上升，脉动压力 频率减小、闸门底部作用脉动功率减小；李利荣［2］等 针对自动滚筒闸门启闭过程中水流边界条件情况， 制作了滚筒闸门模型，对不同上游水位、不同开度 时水流脉动压力进行了物理模型试验，发现自动滚 筒闸门水流脉动压力过程具有呈正态分布的随机 平稳特性；沈春颖［3］等利用Morlet小波变换对淹没 式闸孔出流试验测得的脉动压力信号进行时频特 征分析，发现脉动压力第一主周期较小的点位于闸 后淹没水跃段，不同工况第一主周期最小点与脉动 压力能量最强点基本吻合；当淹没系数较小时，相 邻测点间存在主周期一致现象增多。刘月楼［4］等通 过利用压力脉动传感器通过试验方法对闸下水流 脉动压力进行研究，发现闸下水流脉动压力概率密 度属于正态分布，闸门有槽条件下闸门底部测点水 流脉动压力大于闸门无槽条件下闸门底部测点水 流脉动压力等结论。阀门的开度会影响管路的稳 定性，所以有必要对其受力特性、脉动压力等进行 系统研究，本文通过搭建小尺度变通流截面管流的 阻力及流场测试平台，试验探讨了阀门小开度对变 截面圆管流脉动压力特性的影响。