有压输水管道水力特性研究

来源 :华北水利水电大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiayuanyuan001
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随着经济的发展、人口的增加、城市化水平的提高,城乡一体化进程加快,水资源的供需矛盾日益突出。灌溉用水量占全国总用水量的65%,是节水主战场。管道输水灌溉减少了输水工程中水的渗漏和蒸发,所以水的利用系数要高于一般渠道。管道输水具有输水效率高、占地少、易管理等优点,正成为节水农业的重要途径之一。有压管道是管道输水灌溉系统的重要组成,占系统总投资的65%80%。除了水力特性明确的硬聚氯乙烯(UPVC)管、混凝土管、球墨铸铁管、聚乙烯(PE)管以外,还有夹砂玻璃钢管、竹复合管、多重增强钢塑复合压力管等新型管材。本文以室内试验为手段,结合相关水力学知识研究了水泥内衬球墨铸铁管、竹缠绕复合材料管道、聚氯乙烯(PVC)管道的管道水力特性,得到以下主要结论:1)水泥砂浆内衬球墨铸铁管水力特性水泥砂浆内衬球墨铸铁管道的当量粗糙度(K)与雷诺数的对数呈负相关,二者关系函数为:K=199.55(lgRe)-4.876;R2=0.9962;管道的沿程水头损失系数(λ)随通过管道的流量增大而减小,二者呈二次函数关系,其函数表达式为:λ=0.1084Q2-0.0513Q+0.0168;R2=0.9764;随流量的增大,海森-威廉系数Ch增大但稳定在153.2741与166.8392之间。对海森系数和Q进行多项式拟合:Ch=-197.64Q2+116.54Q+149.83;R2=0.9815。n的实测值随试验中Q的增大而增大但基本稳定,实测值处于0.007441与0.009225之间。n可以拟合为Q的二次函数:n=0.0307Q2-0.0166Q+0.0097;R2=0.9902。对应的管道沿程水头损失计算公式为:(?)。管径为300 mm,通过流量在0.0410.264m3/s时,λ均值为0.012。海曾-威廉系数(Ch)均值为162.24。曼宁糙率(n)均值为0.008。2)竹缠绕复合材料管道水力特性竹缠绕复合材料管道的当量粗糙度(K)实测值变幅较大,在0.0549032到0.107122,与雷诺数的对数呈负相关,二者关系曲线:K=0.0772(lgRe)2-0.9096(lgRe)+2.7388;R2=0.9578;管道的沿程水头损失系数(λ)随通过管道的流量增大而减小,二者呈二次函数关系,其函数表达式为:λ=0.4551Q2-0.1469Q+0.0274;R2=0.8889;随流量的增大,海森-威廉系数Ch略有增大趋势但稳定在121.5967与138.2771之间并且随着流量的增大趋于平稳。海森系数可表示成与Q相关的函数:Ch=-483.1Q2+172.74Q+122.93;R2=0.5642。当管道流量大于0.07 m3/s时,海森-威廉系数几乎是一个常数,可取137.056。n的实测值随Q的增大而增大,但基本稳定,处于0.008882与0.011422之间。n可以拟合为Q的二次函数:n=0.0608Q2-0.0256Q+0.0117;R2=0.8731。对应的管道沿程水头损失计算公式为:(?)。管径为300 mm,通过流量在0.0420.253m3/s时,λ均值为0.017。海曾-威廉系数(Ch)均值为137。曼宁糙率(n)均值为0.00956。3)PVC管道水力特性PVC管道的当量粗糙度(K)与雷诺数的对数呈负相关关系,实测当量粗糙度变幅较大,在0.0000360201到0.0198413019之间。管道的沿程水头损失系数(λ)随通过管道的流量增大而减小,二者呈幂指函数关系:λ=0.0012Q-0.697;R2=0.9663。海森-威廉系数Ch随流量的增大而增大,在54.455与138.6418之间并随着流量的增大趋于平稳。当管道流量大于0.015m3/s时,海森-威廉系数趋于常数。海森系数可表示成与Q相关的函数:Ch=28.537ln(Q)+246.24;R2=0.9845。n的实测值随Q的增大而增大但基本稳定,实测值处于0.008与0.011422之间。n可拟合为Q的幂指函数:n=0.0021Q-0.349;R2=0.9663。对应的管道沿程水头损失计算公式为:(?)。管道内径为101mm,通过流量在0.00140.0242m3/s时,λ均值为0.037。海曾-威廉系数(Ch)变幅较大。曼宁糙率(n)均值为0.011。
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