长距离输水气液两相流管道振动特性研究

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1、硕士学位论文长距离输水气液两相流管道振动特性研究RESEARCHONVIBRATIONCHARACTERISTICSOFGAS-LIQUIDTWO-PHASEFLOWINLONG-DISTANCEWATERTRANSMISSIONPIPELINE廖伟宏哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TU991.3学校代码：10213国际图书分类号：628.1密级：公开工学硕士学位论文长距离输水气液两相流管道振动特性研究硕士研究生：廖伟宏导师：吴晨光副教授申请学位：工学硕士学科：市政工程所在单位：市政环境工程学院答辩日期：2

2、015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TU991.3U.D.C:618.1DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONVIBRATIONCHARACTERISTICSOFGAS-LIQUIDTWO-PHASEFLOWINLONG-DISTANCEWATERTRANSMISSIONPIPELINECandidate：LiaoWeihongSupervisor：Assoc.Prof.WuChen-guangAcademicDeg

3、reeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MunicipalEngineeringAffiliation：SchoolofMunicipalandEnvironmentalEngineeringDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要长距离输水管道因气水两相流动状态不断转变而产生的强烈压力波动会诱发管道剧烈振动，引起管道连

4、接部位的松动泄漏和整体结构稳定性的降低，甚至发生爆管现象。为了提高长距离输水管道运行的安全性，并探究气液两相流不同流型下重力输水和加压输水的管道振动特性，本文从气液两相流流型的基本理论出发，基于两相流体与管道的流固耦合作用，对长距离重力输水和加压输水两种方式在不同运行工况下的管道振动幅频特性进行了研究。采用理论与试验结合的方式，建立了气液两相流管道振动数学模型，理论分析了管道结构属性与气液两相流体流动特性对输流管道系统振动固有特性的影响。选用有机玻璃管材搭建长距离输水管道试验平台，通过调节气泵进气压力控制进气量在0~3

5、.0m3/h之间并调节阀门控制流速在0.7~1.9m/s范围内，同时模拟重力输水和加压输水两种方式的稳态运行和关阀过渡过程工况。采用三向振动加速度传感器对水平管道、45°上升管道、45°下降管道以及阀门部位进行稳态条件下的振动响应检测，获得管道轴向和径向振动加速度频谱图。使用关阀时间可控的电动球阀和气动蝶阀进行过渡态试验，研究关阀和事故水锤对管道振动幅频特性的影响。理论和试验结果表明，管道系统的固有频率会随着管径或管材弹性模量的增大以及管长或管材密度的减小而提高。气液两相流含气率的加大在提升管道系统固有频率的同时也会提

6、高水平管道的振动强度。在同一水流速下，水平管道轴向振动强度随含气率的增加而增大，于泡状-段塞流过程增长速率最快，并在段塞流流型时达到最大。由于水平管道段塞流振动频域较宽，极有可能发生管道共振，实际运行中应尽量避免该工况的出现。上升管弯头由于连接耦合作用，振动强度大。下降管段的振动强度与管内气团的发展密切相关，应尽量避免非满管流的产生。气液两相流过阀产生的局部扰动对上游近阀管段的径向振动影响剧烈，使管道径向振动向高频区域发展，轴向振动受其影响较小。快关阀试验中气体的存在会降低管道中的水锤升压，且含气率越高其降低的幅度越大

7、，但水锤波和管道振动的持续时间变长。这些对于长距离输水管道的设计、改造及运行具有较大的参考意义。关键词：长距离输水；气液两相流；管道振动；流固耦合；频谱分析-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractLongdistancewatertransmissionpipelinemaygenerateseverevibrationduetotheintensepressurefluctuationsofgas-watertwo-phaseflow,whichcouldleadtotheleakageinthepipe

8、jointsandreducethestructuralstability,andevenworseitmaycausepipeburst.Inordertoimprovethesecurityoflongdistancewatertransmissionpipelineandstudythevibrationcharacteri