基于水锤和气压脉冲的管道冲洗试验研究

论文摘要

给水系统是城镇的基础设施之一,给水管网是给水系统重要的组成部分,经水厂净化后的水,通过给水管网输送至用户。一般水厂出水水质都能达到国家规定的生活饮用水水质标准,但经过给水管网送至用户时,水要在给水管网中停留一段时间,在此期间会受到二次污染。管网中的“生长环”是造成二次污染的重要原因,清除“生长环”有利于提高供水水质和管道通水能力。通过对几种管道清洗方法的对比发现,气压脉冲法是一种非常好的管道冲洗方法。对气压脉冲法进行理论研究,提高气压脉冲法的冲洗效率,对减少管网水二次污染有重要的理论和实际意义。为了更好的研究气压脉冲法,通过自行设计搭建的试验平台,对开阀水锤这种瞬变流进行了研究。通过控制开阀间隔时间进行试验发现,开阀能引起管道内水流的流速和压力的剧烈波动,揭示了这种波动幅度的大小与开阀间隔时间的关系。用特征线法对开阀水锤进行了模拟,模拟结果与试验结果吻合。对气压脉冲的脉冲发生频率进行了研究,得到了最优的脉冲发生频率;供气压力一定的情况下,改变供水流量,得到供水流量与管道中水流流速、压力之间的关系;供水流量一定的情况下,改变供气压力,得到供气压力与管道中水流流速、压力之间的关系。对比开阀和气压脉冲所形成的两种瞬变流形式的压力波传播速度、压力等参数,发现气压脉冲更能增加管道中水流的紊动程度,冲洗效果更好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 课题背景
• 1.3 课题研究的目的及意义
• 1.4 国内外相关领域发展现状
• 1.4.1 城市供水管网二次污染原因
• 1.4.2 供水管网二次污染的危害
• 1.4.3 供水管网二次污染的应对措施
• 1.4.4 国内外管网清洗技术发展现状
• 1.5 课题主要研究内容
• 第2章 水锤分析基本理论
• 2.1 水锤计算的基本方程
• 2.2 水锤波速的计算
• 2.3 水锤基本计算方法
• 2.3.1 特征线法概述
• 2.3.2 特征方程组
• 2.3.3 特征方程组的求解
• 2.4 边界条件的处理
• 2.4.1 管道进口
• 2.4.2 管道出口
• 2.4.3 串联管道的连接点
• 2.5 管道的分段
• 2.6 本章小结
• 第3章 水锤试验研究
• 3.1 试验介绍
• 3.1.1 试验装置
• 3.1.2 试验数据采集系统
• 3.2 流态
• 3.2.1 层流和紊流
• 3.2.2 流态判定标准
• 3.3 水锤试验
• 3.3.1 不同开阀时间水锤试验
• 3.3.2 试验结果分析
• 3.4 水锤模拟
• 3.4.1 沿程阻力系数的测定
• 3.4.2 水锤波速计算
• 3.4.3 模拟结果
• 3.4.4 模拟结果的分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 气压脉冲试验研究
• 4.1 试验装置
• 4.2 脉冲频率选择试验
• 4.2.1 充气1s 脉冲间隔时间选择试验
• 4.2.2 充气2s 脉冲间隔时间选择试验
• 4.2.3 充气3s 脉冲间隔时间选择试验
• 4.2.4 充气4s 脉冲间隔时间选择试验
• 4.2.5 充气5s 脉冲间隔时间选择试验
• 4.2.6 充气6s 脉冲间隔时间选择试验
• 4.2.7 充气7s 脉冲间隔时间选择试验
• 4.2.8 充气8s 脉冲间隔时间选择试验
• 4.2.9 充气9s 脉冲间隔时间选择试验
• 4.2.10 充气10s 脉冲间隔时间选择试验
• 4.2.11 充气时间选择
• 4.3 变流量脉冲试验
• 3/s 脉冲试验'>4.3.1 流量0.0035m³/s 脉冲试验
• 3/s 脉冲试验'>4.3.2 流量0.0041m³/s 脉冲试验
• 3/s 脉冲试验'>4.3.3 流量0.0046m³/s 脉冲试验
• 4.3.4 不同流量脉冲试验比较
• 4.4 变气压脉冲试验
• 4.4.1 脉冲频率3s-5s 变气压脉冲试验
• 4.4.2 脉冲频率4s-5s 变气压脉冲试验
• 4.4.3 脉冲频率5s-5s 变气压脉冲试验
• 4.5 本章小结
• 第5章 水锤与气压脉冲对比研究
• 5.1 管道内部流态
• 5.1.1 有压供水管道中气水两相流的六种流态
• 5.1.2 六种流态间的相互转化
• 5.1.3 段塞流
• 5.1.4 管道内部流速
• 5.2 压力波传播速度
• 5.3 测压点压力变化
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢