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不同径长比条件下筒装料管道水力输送水力特性试验研究

李飞  
【摘要】: 筒装料的管道水力输送作为一种新型运输方式,与铁路运输、公路运输、航空运输和水路运输一起并称为五大运输方式。具有纯料输送、没有脱水工序而占地少和无污染、能耗小、固体和液体物料均可输送、用水少等优点。该输送方式不同于传统的浆体管道水力输送,又和普通的型料平直流管道水力输送有很大区别,是一种具有广阔应用前景的输送技术。 本论文内容结合国家自然科学基金项目“筒装料管道水力输送的水力特性研究”(50579044),采用理论分析与模型试验相结合的研究方法,就管道车不同径长比条件下筒装料管道水力输送的水力特性进行了试验研究。取得的主要研究成果如下: 1.管道车结构及试验系统的设计 通过前期试验确定了管道车的试验结构参数,加工制作出了管道车模型,设计并安装筒装料管道水力输送试验系统。 2.清水试验 通过清水试验,建立了管道沿程阻力系数λ与雷诺数Re的关系。 3.不同径长比对管道车的速度影响 相同荷重时管道车在同一雷诺数下运动的距离与其运动的时间基本呈线性关系,说明对于同一径长比的管道车在管道中运行的速度基本保持不变,可以将同一径长比的管道车在管道中的运动近似看作匀速运动:相同荷重时,雷诺数越大,管道车运行的速度就越大;相同雷诺数下,荷载越重,管道车的运行速度就越小;对于同一型号的管道车而言,雷诺数与管道车平均速度几乎呈线性关系,而且管道车的平均速度随着雷诺数的增大而增大;在保证雷诺数不变的情况下径长比为0.53的管道车平均速度最大,径长比为0.6的管道车平均速度最小。 4.不同径长比条件下的管道压力分布 除32#测点断面测压管水头随时间变化不大外,其余各测点断面测压管水头随时间的变化曲线基本呈“倒几字”形分布;对于同一测点断面而言测压管水头随时间的变化情况与管道车的速度有密切的关系,速度较快的管道车先通过该测点断面,测压管水头变化比较早,而速度较慢的管道车通过该测点断面较晚,其测压管水头变化比较晚;测压管水头的变化幅度也反映了管道车的结构情况,从而最终反映到管道车的径长比上;不同径长比的管道车在不同雷诺数和不同荷载条件下,测压管水头分布曲线的趋势都大致相同,即不同的径长比条件并不改变管道内的总体测压管分布状况;从整体来看,测压管分布曲线沿程降低,只是变化幅度不同。测压管水头随着离进水口的距离的增加而减小,即离进水口的距离越远,压力值越小:在雷诺数和荷载相同的情况下,不同径长比的管道车运动到管道中各固定断面时,测压管水头沿程变化的幅度不同;在同一雷诺数下,对于同一管道车而言,随着荷载的增加,测压管水头沿程变化的幅度也随之增加;在同一荷载下,对于同一管道车而言,随着雷诺数的增加测压管水头沿程变化的幅度也随之增加。 5.不同径长比条件下的能耗分析 不同径长比的管道车在不同雷诺数和不同荷载条件下,能耗分布曲线的趋势都大致相同。能耗分布曲线整体上来看沿程上升,随着距离的增加而增加,只是各段增加幅度不同;在不考虑管道车速度的前提条件下,当荷载和雷诺数相同时,径长比为0.47的管道车能耗最低,径长比为0.53的管道车能耗最高;在相同荷载条件下,能耗随着雷诺数的增大而增大;在相同雷诺数条件下,能耗随着荷载的增大而增大。 6.管道车输送效率分析 在不同的输送量和不同雷诺数条件下,径长比为0.47的管道车,其输送率最高,径长比为0.6的管道车输送率最低;在输送量相同的条件下,输送率随雷诺数的增大呈现先增大后减小的变化趋势。 本文研究结果对管道水力输送理论的进一步研究具有一定的参考价值,对于改进管道运输技术具有重要的现实意义。


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