坡比對(duì)虹吸管路的穩(wěn)定時(shí)問影響試驗(yàn)研究

張小瑩　李琳　譚義?！茄箐h

摘要：通過系列試驗(yàn)觀察了虹吸管道安裝高度為4 m及6 m時(shí)坡比及不同水頭差下中行管路傾斜布置的虹吸管內(nèi)的水氣兩相流動(dòng)穩(wěn)定虹吸時(shí)間的長(zhǎng)短。通過試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，虹吸時(shí)間與水頭差、安裝高度及坡比均有關(guān)。虹吸時(shí)間隨水頭差及安裝高度的增大而增大；在正、逆坡管路中，隨著坡比的增大，管內(nèi)偽空化現(xiàn)象逐漸減弱，穩(wěn)定虹吸時(shí)間逐漸增大；坡比不變時(shí)，正坡管路虹吸時(shí)間均大于逆坡管路，各種工況下平坡管路的虹吸時(shí)間最短。

關(guān)鍵詞：坡比；虹吸管道；虹吸時(shí)間；氣液兩相流；試驗(yàn)

在長(zhǎng)距離給水工程中，利用虹吸管路進(jìn)行輸水的工程實(shí)例相對(duì)較多，在地形條件允許時(shí)，虹吸管路能否穩(wěn)定運(yùn)行是設(shè)計(jì)人員廣泛關(guān)注的重點(diǎn)問題。當(dāng)虹吸管路在大真空度下進(jìn)行輸水時(shí)，水中氣核的析出使得管內(nèi)氣泡累計(jì)釋放的數(shù)量增加、體積增大，進(jìn)而導(dǎo)致水流狀態(tài)被破壞，輸水停止。因此，確保虹吸管路的安全運(yùn)行、正常供水是設(shè)計(jì)輸水管路布置方式的關(guān)鍵。近年來(lái)，隨著虹吸管道應(yīng)用的增多，相關(guān)研究的內(nèi)容逐漸深入。TAJIMA Naoki等對(duì)5種不同密度和尺寸粒子隨管徑為20-30 mm的虹吸管內(nèi)水流運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的現(xiàn)象進(jìn)行了描述，提出了一種預(yù)測(cè)模型，用于分析排出的沉積物：YAN Tao等在試驗(yàn)基礎(chǔ)上得到了虹吸管路淤積的特征及影響因素，并驗(yàn)證了虹吸管內(nèi)阻力的計(jì)算方法：熊曉亮等通過虹吸試驗(yàn)完成了虹吸排水形成和恢復(fù)方法的研究，通過對(duì)不同管徑下虹吸管道的數(shù)值模擬，提出了邊坡、滑坡地區(qū)虹吸排水的最佳管徑。在坎兒井式地下水庫(kù)中，長(zhǎng)距離、大真空度的虹吸式輸水管道是其重要組成部分，其相關(guān)水力特性與短距離駝峰式虹吸管路不同，但與其相關(guān)的研究報(bào)道甚少。張小瑩等對(duì)真空度較大、平坡布置的正虹吸管道進(jìn)行的試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，隨著虹吸管道的安裝高度逐漸增大，虹吸管內(nèi)的汽化愈發(fā)嚴(yán)重（特別是在水平管段），且管路流量及壓降均隨安裝高度的增大而逐漸減小。以上僅是對(duì)平坡布置的虹吸管路進(jìn)行的研究，然而筆者發(fā)現(xiàn)當(dāng)虹吸管中行管路傾斜布置時(shí)，管內(nèi)氣泡或氣囊的分布和運(yùn)動(dòng)規(guī)律隨坡比的改變而改變，導(dǎo)致虹吸時(shí)問也因坡比的改變而改變，而虹吸時(shí)問的長(zhǎng)短反映了不同坡比下虹吸管路的過流能力穩(wěn)定性。因此，研究穩(wěn)定虹吸時(shí)間隨坡比改變的規(guī)律尤為重要。筆者通過系列試驗(yàn)，觀測(cè)了正坡及逆坡管路坡比不同時(shí)虹吸管內(nèi)的水氣兩相流動(dòng)穩(wěn)定虹吸時(shí)間的長(zhǎng)短，對(duì)不同坡比下管內(nèi)穩(wěn)定虹吸時(shí)間的變化進(jìn)行了探討和分析。