关于水头损失根源的水力学理论探讨-建筑给水排水论文.doc

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1、关于水头损失根源的水力学理论探讨-建筑给水排水论文摘要：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1•前言水力学硏究经历了漫长历程。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，

2、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，它的数量有多大，成为基础水力学理论硏究中的重要内容。为了解决理想槪念给实际流体求解带来的困难，科学家们作出许多努力,将硏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。液体的粘滞性槪念应运而生，成为产生能量损失的最大根源。它的影响力在水力学硏究中是相当深远的，丿L乎所有的流体工程，无论是设计施工还是运

3、行监测，都离不开对水头损失进行衡量与估算。然而硏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，并口这种接近理想的流态同样可以广泛应用于各类大型的实际工程当中，它的水头损失大大降低T，“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，国内外尙欠缺这方面硏究文献，本文就是针对这一流体，介绍其形成槪况、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。“真空流”是根据

4、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

5、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冇势流动。水体经过滤气、整流，再经过

6、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年的潜心硏究，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。它的硏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”。3•真空流与重力流对比测试及工程实例

7、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捉下，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。工程槪况：全程16公里，管径600mm，总水头41m，原设计流量1万吨/日，笔者以及其他工程人员在吸水头部进行真空改造，使其改变为“真空高速流”。测试结果：流量在原基础上捉高50%.3.2测试二：城乡给水配水工程。3.2.1工程槪况

8、：两高位水池池底标高58米，原两根“重力流”管如600及dn700在下游3公里处汇合，接入一根1000mm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