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阀门小开度对突扩管流下游脉动压力特性的影响

稿件来源:排灌机械工程学报 Journal of Drainage and Irrigation Machinery Engineering  作者:潘越 点击:1354次 发布时间:2019-11-18
 
【摘要】

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。


【正文试读】

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。


 
 
【关键词】:阀门开度; 变截面; 雷诺数; 脉动压力; 紊流
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