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时间:2017-08-21
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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
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