浅析液体弹性波在管输系统中的应用与发展

　　一、引言

　　日常生活中有不少力学现象是发人深思的。流体的波动就曾引起学者们的广泛兴趣,并对此做了大量的研究工作。当下水道被活物堵塞后,清洁工人用一个装有大 “橡皮碗”的排污器用力一按一拔,管路就立刻畅通。又如用水洗涤瓶子时,必须摇一摇才能清洗干净。经过分析可以知道,前者实际上是利用流体压缩波的传输, 而后者则是应用了流体的振荡。如果进一步分析和设想,压缩波的传递和振荡的迭加效应,在含蜡原油(及污水)输送管道中应用时,将能起到降凝、降粘、防蜡、 防垢及解堵的作用,从而革新输油(输污)工艺,达到降低能耗的目的。液体弹性波应用技术方案采用的原理系吴云鹏教授(博士)提出的液体弹性波应用理论以及 他针对原油管输要求提出的L.W.H(管道水锤)效应,即综合应用原油流变特性瞬时强化剪切宏观特性和微观结构改变、流体可压缩性振荡瞬态动力特性,水锤 的人为产生和调节控制技术及一系列优化控制技术,产生安全、有效的液体弹性波,在其长距离高速传播、振荡剪切作用下,达到安全输油的目的。可简述为液体弹 性波振荡效应与水锤效应的迭加(Hydroelastic Waves+WaterHammerEffect)。

　　当前液体弹性波在人体肝胆管道系统中排除术后残余结石的应用,仅利用其振荡效应,而工业管输系统的应用除利用振荡效应外,还必须用L.W.H效应。

　　二、水击压力波分析及讨论

　　1.水击压力波产生分析

　　在管流中,由于启动、停机、阀门突然启闭和突然换向等原因,使管内流速发生急剧变化,从而导致管内压力急剧改变的流动现象,称为水锤,又名水击、有压瞬变 流(Fluid Transients),也称为有压非恒定流、水力过渡过程等。发生水锤时,管内压力变化值可能很大,并有较高的频率,以致管子可能爆裂。

　　水锤是非定常流动。水锤压力波以一定速度沿管路来回传播,直到因阻尼等原因才消失。

　　防止或减弱水锤的措施有:①延长液流调节时间;②适当缩短管路长度;③减小阀门关闭前的管内流速;④附设各种装置,如行程节流阀、安全阀、阻尼器、缓冲器、蓄能器、换向阀及调压塔等。

　　水锤也可利用,如水锤泵、水锤压力造型等。

　　2.讨论

　　液体弹性波应用系统主要由电源、EWH(电水锤发生)环节、控制显示操作调节系统、WH(水锤)效应室以及液体弹性波发生器五大部分组成(图1)。系统工作原理及应用方案详见文献[4][5]。

　　在压力管道中液体弹性波发生器工作,流体流量会发生迅速改变,造成压力的大幅度升降和振荡,因此会使管道产生水击现象,即有压瞬变流。通常,不加控制时发生水击,管路系统内载荷会发生剧烈变化,出现噪声或振动,甚至出现破坏性因素。