开孔率对多孔管压力水头分布规律的影响分析.pdf

第37卷第5期
人民黄河
Vol 37. No
2015年5月
YELLOW RIVER
May,2015
(エ程测设计
开孔率对多孔管压力水头分布规律的影响分析
王凌,刘焕芳,杜涛
石河子大学水利建筑工程学院,新疆石河子832000)
摘要:多孔管的压力水头分布规律是多孔管水カ性能的重要研究方向之ー。通过采用室内试验与理论分析相结合的
方法,研究了在平坡条件下,开孔率对多孔管压力水头分布规律的影响情况。试验结果显示:在平坡条件下,多孔管沿程
压力水头的变化范围随着开孔率的增大而増大,多孔管的末端压カ水头随着开孔率的增大而减小。利用水力学有关知
识,采用达西-威新巴赫公式,经过理论分析发现,当孔间距变化引起开孔率增大时,多孔管的沿程压カ水头是减小的。
经过分析证明,试验结果与理论分析结果一致。
关键词:开孔率;多孔管;压力水头
中图分类号:TV732.4
文献标志码:A
doi:10.3969/j.jsn.1000-1379.2015.05.025
沿程出流多孔管的压力水头分布规律是多孔管水
力特性研究的重要内容之一,也是确定制造沿程泄流
多孔管时应当充分考虑的重要因素,因此对沿程出流
多孔管压力水头的分布规律进行深入研究是很有必要
的。影响多孔管压力水头分布规律的主要因素有多孔
管的管径、管长、坡度、小孔孔距、小孔孔径、小孔的开
1ー流管;2一上水管;3-高位水箱;4一间風:5水表;6一流阀
7一可调支架;8-出流孔;9皱锌多孔管;10-压力表
孔方式、多孔管的开孔率、长径比和入口水头等1-3。
图1多孔管试验装置
目前,国内外的研究学者主要采用比较短的多孔
应用镀锌多孔管按以下组合安排试验组次:管径
管对沿程出流多孔管的水力学问题进行试验,管道上D=50mm,孔径d=2m,试验水头H=3.8m,铺设
小孔的数目比较少,并没有把多孔管的开孔率充分考坡比=0%,滴孔间距S=0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2
虑进去。开孔率的定义为沿程孔口总面积与管道壁面
铺设长度L=24m。应用单一变量法针对不同试验
面积之比。在实际应用过程中,多孔管的压力水头分要求和目的,选用相应的试验变化参数并安排不同的
布性能会受到实际地形和加工条件的影响,另外如果试验组次进行试验。记录多孔管两端压力水表读数、
多孔管的沿程压力水头変化大,则不仅多孔管的出流出水孔的单孔出流量及相应的出流时间,并记录试验
均匀度会降低,而且在压力水头较高处多孔管有可能时的流速(采用超声波流量仪(TDS-100P)测量)。
因超过容许应力而遭到破坏,导致系统失效4?。考对于流速的测量采用多个数据的平均值来消除误差,
虑到这些因素,本次试验重点研究开孔率因素对多孔使数据接近真实值。应用计算机相关软件进行数据处
管压力水头分布的影响,用欧拉数Eu来反映多孔管理,得出多孔管在各组试验参数下的统计数值。
压力水头变化情况,通过采用长度较长的多孔管来改
变开孔率。
2结果分析
1试验概况
孔距变化引起开孔率发生变化后,多孔管沿程压
力水头变化情况见图2(其中:横纵坐标均为无量纲量;
试验装置首部为高位水箱,通过调节间阀和溢流横坐标为相对管长X;纵坐标为欧拉数Eu,代表沿程
控制试验所需的斥力。多孔管铺设面由铝合金槽钢
收稿日期:2014-06-12
连接构成,每隔2m设一调节杆支座,作为铝合金铺设
基金项目:国家自然科学基金资助项目(11362019)
面的调坡控制点,通过调整支座髙程来控制铺设面坡
作者简介:王凌(1991-),女,四川南充人,硕士研究生,研究
方向为工程水力学
度,坡度用自动安平水准仪校核。试验装置见图1(其
通信作者;刘焕芳(1965一),男,新疆石河子人,教授,博士生
早师,主要从事工程水力学方面的研究工作。
中A处为多孔管人口,AB管段为多孔管)。
E-mail:Ihf0818@shzu.edu.cn
人民黄河2015年第5期
压力的变化情况;四为开孔率)。
为确定的数值,不发生变化,因此只需分析h的变化
情况即可。
?-0.0001
H, =Ho
275
F%003
2.751-35
(3)
开孔率的计算公式为?
n2
4DL
相对管长广8
可见,随着孔间距l的减小,hn会增大,H,会减
图2不同开孔率下多孔管沿程压力水头变化
由图2可以看出,在其他条件不变时,开孔率越大
小;孔间距减小也意味着开孔率增大,多孔管的开孔率
的多孔管,欧拉数的分布越不均匀。原因是孔距越小,
会影响其压力水头的变化,开孔率越大,压力水头的变
开孔数目越多,多孔管总的流量越大,管道主流速越化范围越大,增大开孔率会降低管道末端的压力水头。
大。坡度不变,位置水头不会发生变化,由伯努利方程
理论分析结果与试验结果一致。
可知,流速增大,多孔管的流速水头将会增加,同时多3结论
孔管沿程水头损失与流速成正比,也会因主流速的增
大而增大,从而最终导致压强水头减小。多孔管沿程
此次试验采用单一变量法,通过改变多孔管的孔
压力水头的变化范围随着开孔率的增大而增大,开孔『间距臣,达到改变多孔管的开孔率的目的,通过理论分析
率越大,多孔管的末端压力水头越小。
与试验相结合的方法得出了多孔管开孔率与压力水头
为了便于理论分析,将多孔管假定为均匀出流管分布的关系,结论如下
道,多孔管的压力分布就可以按照均匀出流管道的压
(1)在多孔管的应用中,要想将压力水头稳定在
力分布来研究。在此次试验中采用长度较长的多孔一定的范围内,可以采取的措施是控制多孔管的开孔
管,水头损失中的沿程水头损失远大于局部水头损失,率。多孔管压力水头的变化范围随着开孔率的增大而
因此可以近似忽略沿程分流的局部水头损失,将沿程增大,开孔率越大,多孔管末端压力水头越小。
均匀出流管道的进口压力水头减去管道从进口到任一
(2)在多孔管的设计与制造过程中,应该充分考
断面之间的沿程水头损失,即得到该断面处的压力水虑开孔率因素对其压力分布的影响。
头。因此,要确定沿程均匀出流管道的压力分布,只要参考文献
确定沿程水头损失的分布就可以了?。
[1]王峻晔,葛晓陵,吴东棣.分支流理论研究进展[J].力学
式中:H为任一断面的压力水头;x为任一断面距管
进展,1998,28(3):392-400
口的距离,m;H为管道进口处水头,cn;ha为距管道2」王昂,刘衍烈,倪炳华,等,多孔管流体流动行为研究[J]
化学工程,1992,20(3):52-57
进口x处的沿程水头损失。由于此次试验为平坡条件
3]缪正清,吴国江.工业锅炉小孔式给水管和加热管流动特
下的出流试验,因此不需要考虑坡度因素,无重力的
性的研究[J].工业锅炉,1998(2):15-18.
影响。
[4]王峻晔,章明川,吴东槺·流体在多孔管分支系统中的流
此次试验假定水流为均匀出流的情况,当出流的
动机理研究[J].水动力学研究与进展:A辑,199,14
多孔管管径不变时,根据达西一威斯巴赫公式?,水
头损失的计算公式可变为
5] DAVIS M R, FUNG