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城市水系统阻力元件的水力特性

作　者: 常迪
导　师: 袁一星
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 市政工程
关键词: 阻力元件管道阻力系数流量特性阻力特性
分类号: TU991.33
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

建立城市给水管网模型与优化调度系统是提高我国给水行业管理水平,的重要手段之一。但是在给水管网建模的过程中,存在基础数据不足,模型涉及的重要阻力元件水力参数不详实等难题。本课题基于此背景提出。本文所研究的水系统阻力元件,是给水管网系统主要的阻力元件。广义上来说,给水系统的阻力元件包括各种管道,阀门,水池,水塔等“正阻力元件”,还有水泵等“负阻力元件”。本文重点研究管道和阀门这两种在给水管网建模过程中其参数起到重大作用的阻力元件的水力特性。对于管道,海曾-威廉公式中的系数C值,又称管道阻力系数,是给水管道水力特性的重要体现,是给水管网系统中重要的控制参数,它的值直接影响管网模型的精度。作者发现第一次在哈尔滨街道实测管道阻力的数据中无效数据占相当一部分比例。作者和实测人员及时总结了测试的不足,改进研发了实测设备。改进后再次实测,大大减小了无效数据,减少了人为误差,提高了结果的科学性和精度。本文分析了实测的九条DN300管道实测的结果,提出当量管径的概念,发现DN300的管道当量管径与服役年代之间的数学模型中线性关系拟合度最高,由此作者推论一段管道的当量管径随着其服役年代而线性减小。在确定实测街道和实测方案的前提下,在已知实测管道阻力时放流时需要调节的阀门时,作者建议对此阀门时先进行阀门阻力实测工作,得知管道阻力测试中需要调节的阀门的流量调节特性,获知其调节性很好的有效行程区,以此来确定管道实测放流时的关闭阀门的区间和扣数,这样可以避免在超调区或失调区进行管道阻力实测,提高测试精度。而且这样一来,大大节约了测试时的放流流量和时间。在管网中,可以把阀门当做虚拟管段来处理。也可以将管道与阀门一起看作一个假想阀门来考虑水头损失,此假想阀门称为虚拟阀门。虚拟阀门的流量调节能力主要取决于阀门阻力与虚拟阀门阻力相比的权重。在实验测试阀门的基础上,通过数学分析,建立了DN150闸阀的相对开启度与局部阻力系数的数学模型;并由此获得了固有流量比与相对开启度的关系,以及固有流量调节强度与相对开启度的关系。相对开启度与局部阻力系数的数学模型是研究阀门其它水力特性指标的重要基础。相对开度与固有流量比的曲线对于减压阀这一类的阀门具有非常重要的实际意义;另外,阀门固有流量比与相对开度的关系曲线比相对开度与相对流量的曲线更加全面的反映阀门的过流性能。相对开度与相对流量的关系曲线,反映的只是片面的实验条件下的压力下和开度下的关系而已,而固有流量比则很好的克服了这一点,反映的是全面的任意条件下的阀门过流性能以及调节性能。现场实测阀门的工作中,作者基于一点法测试流量理论的基础上,利用毕托管测的平均流速,在国内外首次实现了在市政管线上的用毕托管不停水实测阀门阻力,实测了市政管线上DN600蝶阀的阻力系数,具有里程碑的意义。使用毕托管测试流速经济、简便、准确、科学,不像超声波流量计容易受电磁干扰,且超声波流量计只能对均质、内壁生长环不厚的管段进行实测。毕托管测试应用范围更广。在确定实测管道阻力街道和其实测方案的前提下,在已知实测管道阻力时放流时需要调节的阀门时,作者建议对此阀门时先进行阀门阻力实测工作,得知管道阻力测试中需要调节的阀门的流量调节特性,获知其调节性很好的有效行程区,以此来确定管道实测放流时的关闭阀门的区间和扣数,这样可以避免在超调区或失调区进行管道阻力实测,提高测试精度。而且这样一来,大大节约了测试时的放流流量和时间。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-18
  1.1 课题背景  10-11
  1.2 课题的目的意义  11-12
  1.3 阻力元件的提出  12-14
  1.4 国内外研究进展  14-17
  1.5 本课题研究的主要内容  17-18
第2章给水管道水力特性研究  18-55
  2.1 给水管网水头损失理论  18-21
    2.1.1 水头损失的概念  18-19
    2.1.2 流体的两种流态  19-20
    2.1.3 给水管网的流态  20
    2.1.4 最常用的水头损失公式  20-21
  2.2 管道阻力实测理论  21-29
    2.2.1 实测的理论与方法  21-27
    2.2.2 实测的工作与流程  27-29
  2.3 管道阻力测试实例  29-38
    2.3.1 第一次实测举例  29-33
    2.3.2 实测的结果分析  33
    2.3.3 全面完善与改进  33-34
    2.3.4 改进后的测试  34-35
    2.3.5 测试方法的经验  35-36
    2.3.6 管道测试结果综合分析  36-38
  2.4 阻力测试设备开发  38-47
    2.4.1 Logger 的工作原理  38-40
    2.4.2 压力测量原理  40-41
    2.4.3 流量测量原理  41-42
    2.4.4 水头损失测量原理  42-44
    2.4.5 Logger 的硬件组成与性能  44-47
  2.5 管道阻力的成因与对策  47-53
    2.5.1 阻力增大的成因  47-49
    2.5.2 阻力增大的影响  49-50
    2.5.3 减少阻力的对策  50-53
  2.6 本章小结  53-55
第3章阀门水力特性研究  55-80
  3.1 阀门的种类  55-57
    3.1.1 闸阀  56
    3.1.2 蝶阀  56-57
    3.1.3 球阀  57
    3.1.4 挡板阀  57
  3.2 阀门的流量特性理论  57-60
    3.2.1 开启度  57-59
    3.2.2 流量调节强度  59
    3.2.3 流量调节精度  59-60
  3.3 阀门的阻力特性理论  60-63
    3.3.1 阀门阻力指标  60-61
    3.3.2 管网中的计算  61-63
  3.4 实验室测试部分  63-69
    3.4.1 测试装置及原理  63-65
    3.4.2 实测结果及分析  65-69
  3.5 市政阀门测试部分  69-78
    3.5.1 测试设备及原理  69-74
    3.5.2 实测结果及分析  74-78
  3.6 本章小结  78-80
结论  80-83
参考文献  83-89
致谢  89

城市水系统阻力元件的水力特性

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