关于水头损失根源的水力学理论探讨论文

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1、关于水头损失根源的水力学理论探讨论文摘要：本文结合一系列真空管道输水工程，对“真空高速流”的流态进行了观测，讨论了其中遇到的主要水力学问题。指出空气阻力在现实工程中对于入管水流的均匀性、平稳性和水头损失等水力问题都有着明显的作用和影响。阐述了液流粘滞性根源理论存在的误区以及“真空流”出现后如何以全新眼光看待液体能量损失问题。关键词：真空高速流水头损失水力学气阻重力流配水工程⒈前言水力学研究经历了漫长历程。早期的古典流体力学，在数学分析上系统、严谨，但计算结果与实验不尽符合。随着生产发展的需要，一些工程师和实际工作者，凭借实地

2、观测和室内实验，得出经验公式.freelm－3500mm，管道流体压力由于受局部高真空的影响，反而降低15%左右，形成“高速低压”状态，有利于保护整个管网。具体实施过程如下：在水库或水厂高位水池上游的进水口处安装一台“潜水式无动力真空虹吸装置”，在坝体上铺设真空输水管道，管道必须高于水面、呈n字形向下游延伸或与原“重力流”管道串接，串接处安装控制阀门。通过真空液气交换箱对n字形局部管道充满水，使高于水面的管内形成真空。开启串接处及下游阀门，在大气压作用下，使水源源不断通过“潜水式无动力真空虹吸装置”进入到管内，上升到管道最高

3、点而后下落，在水头势能的拉动牵引下流向下游，送往远程的输配水管网中，整个输水运行过程无需耗用电能。这台“潜水式真空虹吸装置”是整个真空管道输水工程中的核心部分，它犹如单向滤板，在进水口处完全阻断了空气的进入，只透过水流及其夹带的杂质、泥沙，在管道内部形成高度真空；自带的流体整流器，将进入的水流进行梳理，改变水的有旋流动为有势流动。水体经过滤气、整流，再经过真空部位，形成了非常理想的、运行无阻力的、完全充满整个管（网）道截面的管道均匀流。“真空高速输水成套设备”由潜水式无动力真空虹吸装置、流体整流器、真空液气交换箱、管道及阀门

4、所组成，历经近20年的潜心研究，2001年被授予发明专利权，已成功实施于多项输水工程，输水距离不限，其流量、流速、压力、节能高于任何先进国家的输水设备与技术，将引发自人类发明水泵以来，在管道输水领域的第二次新的突破和跨越式发展。它的研制成功已不仅仅是一项技术上的革新，更将开辟出水力学理论中关于“真空流”这片亟待开垦的“处女地”。⒊真空流与重力流对比测试及工程实例关于“重力流”与“压力流”已为人们所熟悉，这里不赘述。但需要特别强调的是，任何一项“重力流”流体工程，只需在进水头部进行真空改造，在管径、水头、输水距离等其它工程条件

5、均保持不变前提下，无论进行何种参数对比，“真空流”都有着“重力流”不可替代的绝对优势，以下进行对比测试。3.1测试一：长距离重力流引水工程。工程概况：全程16公里，管径600mm，总水头41m,.freelm主管向城市配水。测试结果：笔者仅对其中一高位水池DN600管实施“真空流”改造，关闭另一高位水池出水阀门，其单管流量提高到原两管总流量的115％。3.2.2工程概况：水厂高位水池池底标高58米，某城内一座20层高楼，顶层标高52米，距水厂8公里。测试结果：采用“重力流”供水，水压低，10层以上均供不到水；采用“真空流”供

6、水，水自行上到20层，20层出流量仍然很充沛。3.2.3工程概况：水厂58米的高位水池，城市内一座标高为50米的老水厂水池，采用“重力流”供水，由于水压太低，只能够在夜间水压达5公斤时的非供水负荷高峰期进水。测试结果：对上述高位水池进行“真空流”改造，老水厂水池每天可24小时进水。此时，供水压力仅4.5公斤。3.2.4工程概况：一支驻外部队，距水厂约16公里，用DN100管串接主管向其供水，在距水厂中途约9公里处需进行二次加压。测试结果：水厂高位水池“重力流”改成“真空流”后，部队输水无需中途加压，直接到水，甚至流量超过经过

7、“二次加压”的“重力流”，同时还将淤积于管道中的大量淤泥从出水口排出。3.2.5工程概况：偏远地区一配水工程，改造前先访问用户的用水情况，普遍反映用水难，缺水现象严重。一气象站离水厂最远，且在小山腰上，常年不到水。测试结果：该工程以同样方法进行改造，再次访问用水情况时，反映良好，用户100％到水，气象站的工作人员也意外的第一次用上了洁净的自来水。3.3测试三：工程夹带掺气性质对比。在城市供水管网系统中，往往需要布置一定数量的排气阀，以保证水流顺畅不受气体影响，但是排气阀的排气效果显然是不理想的。相比之下，“真空流”能自动将管

8、网内任何角落的“窝存”气体彻底排除，排气过程需要6－8小时，并直接于水源进口处把关，防止气体再次进入管内，可以说是一劳永逸，整个供水系统无需设置排气阀。3.3.1工程概况：某城市供水管网，在排气阀全部开启状态下，处于“不利点”的用户在供水高峰期用不上水，出水时夹带大量泡沫。管内水充盈度低，