90°弯管中瞬变流特性的实验研究

　　1.前言

　　水击现象是有压管路中的非定常流动.。当管路工作状态突然改变时，流速亦随之改变，从而引起管内压强大幅度波动，:产生水击.严重时可能使管道强烈振动，甚至破裂.对水击压力的正确预测在泵站和水电站中是一个很重要的实际问题.

　　水击波在弯曲的管道中传播，由于壁面的反射和管道与流体的千涉作用，将产生复杂的三维的水击波波动过程.但是，迄今为止，对于管道系统水击问题的研究，通常是将实际的弯曲管道近似地用直管来代替，然后采用现有的一维理诊进行计算分析’一尽管有的文献如田采用了二维理论进行了计算，但毕竟是在无粘性假设下进行的，不能完全反映真实情况.而对实际流体进行三维计算，目前还存在着很大困难.

　　本文取一般等径90^o弯管作为典型研究单元，对水击波东其内部的传播及流速对水击压力的影响作实验研究，并与用一、二维理论计算的结果作了对比分析.

　　2.实验设备及实验方法

　　图1为测试设备及测试流程框图，图2为实验所用弯管及测定部位示意图.

　　弯管几何尺寸为R/D=2.5, D=25.4mm.水击波波速为α=1314m/s，水密度ρ= 1000kg /m3;弯管上面接稳压水箱，距弯管垂直高度15m.下端出口处装有速动闸阀，由闸阀突然关闭来产生水击波，采用SC20/16型16线光线示波器记录水击波的瞬变过程.

　　3.实验结果及分析

　　3.1弯管内水击波传播特性

　　图3示出了水击波经过弯管时，各测试部位压力瞬变过渡过程.

　　当水击波经过弯曲流道时，由于壁面条件的干涉作用，在外侧会产生一系列压缩波，内侧会产生一系列膨胀波，因而出现了图2中2,3点压力明显大于其它各点，6,7点压力又明显减小的情况.弯管下游直管内压力沿同向分布比较均匀，但峰值却比上游有所减小。由于弯曲壁面的作用，使水击波的瞬变过程变得非常复杂，弯管的反射，干涉破坏了正常波面的形状和波动周期的规律性，并加速了水击压力的衰减.

　　文献[1]对90^o弯管作了二维假设(图4),并认为流体非粘性，对水击波在其内部的传播过程进行了数值计算，其结果见图5.实验结果与文献相比较，可以发现两者都是在弯管中间截面外侧出现最大水击压力.计算结果在弯管下游出现了高于上游的压力峰值，实验结藉是下游压力比上游小。图5中虚线表示的是用一维理论计算的结果.显而易见，用一维理论对三维弯管进行计算与实际情况相差很大.

　　从实验结果和以上分析中可得出如下结论:

　　(1)同样条件下，弯管中出现高于直管的水击压力(比上游大17%).