多相流动试验台管路系统的改造
0 引言
一种新型水力机械的出现,几乎总是先进行广泛的模型研究,然后进行产品的设计。这些情况表明,试验研究对于流体机械理论的发展、性能的确定、设计水平的提高以及复杂的应用问题解决都具有十分重大的意义。西华大学能源与环境工程学院于2000年建成多相流动模型试验台,可以进行模型水轮机、水泵的清水与沙水中能量和汽蚀等试验,此试验台的建成,为西部水电事业作出了重大贡献。原模型试验台管路系统水力损失大,水头和流量达不到原有的设计要求,随着科学技术的发展,系统远远不能适应技术研究及验收试验的要求,由此,对其管路系统进行改造。
1 多相流动模型试验台存在问题及分析
1.1 多相流动模型试验台存在的问题
a)管路不合理,管径太小,系统布局弯头多;
b)不能保证水中稳定不变的空气含量;
c)由于系统排气设施不健全,系统运行时,容易产生剧烈的振动;
d)模型水轮机尾水管长度太短,只有1m左右;
e)没有考虑模型水轮机转轮室、尾水管等处的PIV测试。
1.2 结果分析
a)由于系统管路设计不合理,阻力比较大,现有管路水头损失比较大。当流量时Q =0·7m3/s,1号泵出口至水轮机水头损失Δh1=31.68m,2号泵出口至水轮机水头损失Δh2=28.27m。系统运行时,流量、水头达不到设计要求;
b)系统中,由于排气设施不健全,很容易造成稳压箱达不到应有的效果;
c)由于系统上部淤积有大量空气,对于水泵前的尾水箱,如果该箱内淤积空气过多或者流入箱内的流体含有大量空气而逐渐积累在箱内,其结果是箱内液面低于进水管的上沿,产生空腔振动。对于水泵后的稳压箱如果内部空气过多,液面过低,造成一部分空气随液体进入管道内部,造成管道气堵。
2 新管路系统改造
新系统必须解决原系统存在的问题,着重是减小阻力,改善流态,降低水力损失。
2.1 减小阻力损失的措施
通过查资料,减小阻力损失具体有两种途径[1]:
a)改进流体为外部边界,改善边壁对流动的影响;
b)在流体内部投放极少量的添加剂,使其影响流体运动的内部结构。前者已经成熟,主要有:减小管壁粗糙度(如用软管);减小紊流局部阻力防止或推迟流体与壁面的分离,避免旋涡区的产生或减小旋涡区的大小和强度。
2.2 管径设计[5]
若减小管径,水头损失大,电耗高,但所需投资少;相反,若加大管径,水头损失小,电耗低,所需基本投资大。所以,应综合考虑管径。当流量Q =0.7m3/s时,设流速V =4m/s,经圆整,水泵出口总管直径实际取450mm。水泵吸水管内径通常比排水管内径大25mm以上,以降低流速,减少损失,取得较大的吸水高度,水泵进口总管直径取550mm。
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