关于水头损失根源的水力学理论探讨

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1、关于水头损失根源的水力学理论探讨-建筑给排水论文摘要：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关于水头损失根源的水力学理论探讨-建筑给排水论文摘要：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

2、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，凭借实地观测和室内实验，得出经验公式，或在理论公式中引入经验系数以解决实际工程问题。前者偏理论重数学，后者偏经验重实用，但两者之间存在着一个难以磨合的能量损失问题，它的根源在哪里，它的数量

3、有多大，成为基础水力学理论研究中的重要内容。为了解决理想概念给实际流体求解带来的困难，科学家们作出许多努力，将研究的重点转移到液体粘性上，创立了边界层理论、紊流理论等，并在理想流体方程中添加粘性项使之适用于实际流体。液体的粘滞性概念应运而生，成为产生能量损失的最大根源。它的影响力在水力学研究中是相当深远的，几乎所有的流体工程，无论是设计施工还是运行监测，都离不开对水头损失进行衡量与估算。　　然而研究古典流体力学的数学、力学家们没有想到，在21世纪的今天，他们所论证的偏重于数学理论的理想流态模型可以在真空中存在，并且这种接近理想的流态同样可以广泛应用于各类大型的

4、实际工程当中，它的水头损失大大降低了，“液体的粘滞性”几乎不存在了！这是一个惊人的发现！笔者称这种新的流体输送形式为“真空高速流”，简称为“真空流”。对于“真空流”这种特殊流体，国内外尚欠缺这方面研究文献，本文就是针对这一流体，介绍其形成概况、工程效益以及对水力学理论的影响冲击，深入探究水头损失产生的根源。　　⒉真空流形成概况　　“真空流”是根据类似于真空隧道列车可以达到1万公里/小时等级的高运行速度原理，在输水管内的某部位形成高速运行所必须的高真空，再利用工程水头（落差）势能的拉动牵引，将流体以更高的流速推进。输水工程的效率将在原来的基础上大幅度提高，配套直

5、径300mm－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

6、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

7、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：

8、长距离重力流引水工程。　　工程概况：全