收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

气水脉冲清洗给水管道两相流过程研究及其数值模拟

杨坤  
【摘要】:给水管网是重要的市政基础设施,是给水系统重要的组成部分。经过长年运行后的管道易产生腐蚀,沿管道内壁会逐渐形成不规则的生长环,它是给水管道内壁由沉淀物、锈蚀物、黏垢及生物膜相互结合而成的混合体。生长环不仅会造成水质的二次污染而且会使管道过水断面减小,阻力系数增加,直接影响管道的通水能力和供水压力。如何有效去除给水管道内壁上的生长环,成为困扰全国各大供水企业的一大难题,是必须要彻底解决的现实问题。气水脉冲管道清洗法是一种操作简单、适应性强、清洗效果较好、对环境无污染的生长环去除方法。但是,这种方法的应用现在还处在经验阶段,对其清洗理论和清洗规律的研究很少。本文利用试验和数值模拟两种手段,揭示了气水脉冲管道清洗过程中两相流的流动特性规律,分析了多个因素对管道壁面剪切力的影响。 采用压力检测的方法对清洗过程中的压降进行测定,将试验结果与气液两相流均相流模型相结合,寻求气水脉冲管道清洗过程的压降变化规律。管道中的水流充入高压气体时,管道内的压降比不充气时增大了几十倍;每个清洗周期,管道内的压降具有相同的变化。通过设定不同的试验条件,揭示了供气压力、供水流量等参数对管内两相流压降变化的影响。在供水流量和脉冲频率一定的情况下,管内两相流压降与供气压力呈线性关系;在供气压力和脉冲频率一定的情况下,管内两相流压降与供水流量呈三次多项式关系。在大量试验基础上,对清洗过程中气液两相流流型及其转换进行分析,确定起主要清洗作用的流型为弹状流。 基于对水平管内的气液两相流的理论研究,建立了气水脉冲管道清洗过程的数学模型,采用VOF (volume of fluid)方法进行CFD数值模拟,利用试验结果验证了模型的合理性,分别分析清洗过程中直管段和弯管段中流型、动压、湍流强度、壁面切应力等流动特性,为气水脉冲法清除管壁生长环的研究提供理论依据。气液两相流形成弹状流的过程中,水平管道内管道长度l100D、弯管道内l15D时弹单元趋于稳定。往管道水流中充入高压气体以后,管道内的动压比不充气时明显增大,并且随着充气时间的延长持续增大。管道内的湍流强度增大,水的紊动情况加剧,壁面剪切力增大,壁面剪切力沿管道长度的变化趋势与管道内气水两相流流态变化相符。 通过数值模拟的方法计算不同管径、管道倾斜度、管内腐蚀情况、进气喷嘴尺寸和位置时管内流体与管道壁面的剪切力。条件相同的情况下,管径小于50mm时,管径的变化对流体与壁面间的剪切力值和沿管道的分布情况影响不大;当管径大于50mm时,管径对壁面剪切力的影响较大,随着管径的增大剪切力呈先增大后减小的趋势。向下倾斜管道和水平管的壁面剪切力大于向上倾斜管道的值。粗糙管的壁面剪切力大于光滑管。粗糙度较小时,随着粗糙度的增大,壁面剪切力增大。粗糙度大于0.3cm,随着粗糙度的增大剪切力变化不大。进气喷嘴位置相同时,尺寸小于0.5D(D为管径)的进气喷嘴,管道内流体与管壁的剪切力较小,进气喷嘴尺寸大于等于0.5D时,进气喷嘴尺寸的改变对壁面剪切力的影响不大。随着进气时间的增长,进气位置不同的管道内上壁面剪切力值相差不大。在大部分管段内,进气喷嘴在管道上部的管内流体与下壁面剪切力值最小。 研究结果有助于提高气水脉冲管道清洗工程的清洗效果,有利于气水脉冲管道清洗技术的推广应用,有利于解决给水管网水质二次污染问题,降低供水能耗,为保障人民的身体健康、减少能源的消耗、减轻环境污染提供技术支持。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 S.卡卡奇;付龙泉;;沸腾系统中两相流体的不稳定(一)[J];锅炉技术;1986年12期
2 李刚;袁益超;刘聿拯;;进口参数对汽-液两相流升压装置最大出口压力的影响[J];核动力工程;2008年06期
3 张炳东;刘丹;王栋;;分相式气液两相流体等干度分配方法[J];西安交通大学学报;2010年05期
4 李常伟;曹夏昕;孙立成;金光远;;摇摆对窄矩形通道内两相流摩擦压降特性影响[J];原子能科学技术;2013年03期
5 徐志琴;两相流原理改进固态物输送系统的设计[J];发电设备;1988年10期
6 姚金源;;回收废气余热高效回热装置的两相流体阻力[J];成都科技大学学报;1989年06期
7 沈心敏,周燕佩,杜立杰;进动油膜轴承油气两相流特性[J];润滑与密封;1991年01期
8 宿成基,曹欣荣,孙建成;测量液—固两相流流量的梯度相关方法研究[J];哈尔滨工程大学学报;1999年05期
9 周云龙,洪文鹏,赵雪峰,孙斌;并联蒸发管内两相流密度波型脉动线性分相模型[J];热能动力工程;2005年05期
10 曹国凭;张耀宗;陈举烽;;气、液两相流在水平管道中水头损失的实验研究[J];河北理工学院学报;2006年03期
11 安申法;吴国伟;刘明;王来胜;霍刚;王作青;王栋;;亚临界汽-水两相流量计的研制与应用[J];石油机械;2006年12期
12 孙保民;赵勇纲;赵智勇;史忠权;;新型气~固两相流体平均流速测量仪的试验研究[J];热能动力工程;2012年06期
13 唐紫英,赵衍武;两相混合流体流量系数K_v计算的新方法[J];抚顺石油学院学报;1998年02期
14 王栋,林益,林宗虎;利用T型三通测量气液两相流体的流量和干度[J];热能动力工程;2002年04期
15 吉桂明;一相和两相流体内动力设备金属侵蚀—腐蚀[J];热能动力工程;2003年03期
16 周彦煌,刘千里,王升晨;一种大口径滑膛炮轴对称两维两相流内弹道模型和计算分析[J];兵工学报;1993年01期
17 刘天宝;陈次昌;;两相流动及两相流泵[J];排灌机械;1992年03期
18 张红星;苗建印;王录;莫青;刘自军;向艳超;;嫦娥三号两相流体回路的地面试验验证方法及试验结果分析[J];中国科学:技术科学;2014年06期
19 郝丽;仇性启;;两相流流动测试技术方法综述[J];通用机械;2006年11期
20 阎昌琪;黄渭堂;;用γ射线衰减技术测量两相流空泡份额的实验研究[J];应用科技;1989年02期
中国重要会议论文全文数据库 前6条
1 李强伟;;基于改进分相流模型的两相流流量测量[A];第六届全国信息获取与处理学术会议论文集(3)[C];2008年
2 杨利民;赵振莹;赵立立;;T形管分离两相流技术研究进展[A];中国化工学会2009年年会暨第三届全国石油和化工行业节能节水减排技术论坛会议论文集(上)[C];2009年
3 洪文鹏;周云龙;刘洋;;空气-水两相流横掠圆柱表面压力特性的试验研究[A];2008中国仪器仪表与测控技术进展大会论文集(Ⅰ)[C];2008年
4 李强伟;;基于改进James模型的两相流密度测量[A];第六届全国信息获取与处理学术会议论文集(3)[C];2008年
5 毛志斌;韩庆邦;徐杉;左汉锋;殷澄;朱昌平;;四种模型下Scholte波波速传播特性的分析[A];第三届上海——西安声学学会学术会议论文集[C];2013年
6 左加传;宋付权;;石英微管中两相流体界面特征[A];第二十届全国水动力学研讨会文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前8条
1 李霞;基于数据挖掘的两相流参数测量新方法研究[D];浙江大学;2009年
2 谭超;基于多传感器融合的两相流参数测量方法[D];天津大学;2010年
3 栾锋;摇摆对水平管内气水两相流影响的研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
4 孟振振;气水两相流流量测量新方法研究[D];浙江大学;2011年
5 王栋;分流分相式气液两相流体流量计[D];西安交通大学;2000年
6 郑桂波;插入式阵列电导传感器两相流测量方法研究[D];天津大学;2009年
7 孙涛;基于数据融合技术的两相流流型辨识与流量测量方法研究[D];浙江大学;2002年
8 杨坤;气水脉冲清洗给水管道两相流过程研究及其数值模拟[D];哈尔滨工业大学;2014年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张星;流固两相流中固相参数测量方法研究[D];江苏大学;2010年
2 付荣荣;基于经验模态分解和单通道盲源信号分离测量两相流速度[D];辽宁大学;2011年
3 高一娟;微通道内两相流界面追踪的数值模拟[D];天津大学;2009年
4 张春梅;水气两相流在单裂隙岩体中运移规律的数值模拟研究[D];辽宁工程技术大学;2011年
5 范广铭;摇摆状态下两相流特性研究[D];哈尔滨工程大学;2006年
6 韦正;基于多传感器融合的两相流检测研究[D];北京交通大学;2009年
7 常攀;基于振动测试的两相流管道安全运行研究[D];中国石油大学;2010年
8 苏斌;固气两相流雾化制备微细不锈钢粉末工艺的研究[D];湖南大学;2005年
9 伍永森;两相流测量信号的时间序列分析[D];中国石油大学;2007年
10 叶俊;气/固两相流离散相浓度及速度测量系统研究与设计[D];内蒙古科技大学;2014年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978