《長距離輸水系統氣液相流態過渡過程特徵及模型》是依託哈爾濱工業大學，由袁一星擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：長距離輸水系統氣液相流態過渡過程特徵及模型
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：袁一星
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
氣液相流態過渡過程是長距離輸水工程運行的重要水力特徵。隨著經濟的發展和人們需水要求的日益增長，為了解決日趨尖銳的水資源供需矛盾、水資源污染及水資源分布不均等問題，越來越多的城市興建了大型輸水工程，把幾十公里以外甚至更遠的水源引至城市。長距離輸水工程是由若干水泵、閥門等設備以及管道組成的輸水系統。長距離輸水系統運行時，原水中氣體的聚集、逸出均能造成供水壓力的變化，因此，正確有效的調控系統內的氣液兩相流是系統安全運行的重要條件。調控的關鍵因素為把握氣液相的流態過渡過程。此項研究包括：以氣液兩相流機理為基礎，研究長距離輸水系統氣液相流態過渡過程特徵；構建氣液相流態過渡過程模型，並對其求解確定相關參數；基於氣液相流態過渡過程模型的長距離輸水系統運行工況模擬。其研究成果可以為解決因某種原因發生的管線爆裂、工況紊亂以及降低能耗、長距離輸水工程的安全運行提供合理的依據。
結題摘要
長距離輸水工程已成為城市可持續發展的必然趨勢，是城市的生命線工程。輸水系統在平穩運行時，一般不存在安全隱患，而在水力過渡過程中由於輸水管道中壓力及流量的改變有可能引起管道振動，嚴重的甚至會發生管道爆裂。根據對實際工程爆管原因的調查，氣體存在是水力過渡過程誘發爆管的主要原因。實際輸水管道中是氣水兩相共同流動的狀態，排氣不暢及氣體在局部位置的聚積使得某些管段氣液兩相流的流型十分複雜。因此，綜上述，對於長距離輸水系統氣液兩相流水力過渡過程的研究對提高輸水安全性意義重大。 通過裝置實驗採用高速拍照的方式對管道中氣泡運動速度及氣液兩相流流型進行研究。在氣泡受力分析的基礎上提出了氣泡運動模型，該模型可以用於預測水平管道內氣泡運動的速度。在長距離輸水的設計流速和合理的氣量範圍內，研究不同氣水比下的氣液兩相流流型，得到適用於長距離輸水的氣液兩相流流型判別圖。通過實驗發現下降管段由於浮力作用，氣體很容易聚積形成氣囊，為了在工程實際中更好地對下降管段的氣液兩相流流型進行識別，以彎頭下游下降管段不遠位置的高頻壓力信號為基礎，對信號進行濾波、特徵提取後，結合支持向量機能夠很好地預測下降管段中開始出現氣囊的狀態。實際工程中，相較於管道爆裂管道振動現象更為普遍，又通過對不同位置處不同氣液兩相流流型下的管道振動進行研究，發現管道中氣體越多振動越劇烈。根據不同的液柱分離模型，分別建立了以離散蒸汽空腔模型（DVCM）和離散氣體空腔模型（DGCM）為基礎的水力過渡過程計算模型，充分考慮暫態過程中的不穩定摩阻以及管材粘彈性等因素，對經典模型做出修正。 通過實驗結果發現水平輸水管道中當水流速度小於1.2 m/s時，就會出現氣泡聚積從而形成小的段塞，這很有可能導致下降管段氣囊的形成，因此實際工程中輸水流速要儘量大於1.2 m/s。通過氣泡運動模型可知，在輸水管道的末端應更多的設定排氣閥以利於氣體排出。下降管段的高頻壓力信號及振動主頻特徵可作為判斷下降管中流型的主要指標，且在工程實際能夠很好地指導排氣閥工作。將自由氣體存在、暫態不穩定摩阻、管材粘彈性等因素考慮在內水力過渡過程計算模型比傳統的計算模型更加精準。
