给水管道气水脉冲冲洗试验及其数值模拟

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wsz2228507
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针对给水管道内由于生长环的长期存在,使得即使在自来水厂出厂的水已经完全达到了国家饮用水的标准,但是却仍然会出现管网内水质二次污染的问题,通过自行搭建的试验装置,研究了气水脉冲法冲洗给水管道过程中,脉冲周期的设置、进气流量、进水流量对冲洗效果的影响,从而选出了最佳冲洗工况,并对冲洗过程中气液两相流的流态进行了观察分析,在这些基本试验的基础上,借助计算机流体力学软件进行了数值模拟,从而更加全面了解气水脉冲冲洗方法的规律。给水管道冲洗能够去除管壁上的污垢和生长环,改善管网的出水水质,同时也提高了管网的供水能力。本试验对原有的试验装置进行了适当的改造。通过试验平台,对气水脉冲法冲洗给水管道的效果及规律进行了分析研究。从试验结果可知,在进气流量和进水流量为一个不变条件时,保持停气时间不变,改变进气的时间,随着充气时间的增长,最大压降,平均压力值迅速增大,到后期增速变缓;接下来,保持进气时间不变,随着停气时间的增长,管道内水流的最大压降和平均压力值也呈增大趋势,管内两相流紊乱性增强,冲洗效果加强。最后,在进气流量一定下,改变进水流量,得到进水流量与管道中水流最大压降和压力变化呈线性关系;在进水流量一定下,改变进气流量,得到进气流量与管道内两相流最大压降和压力也呈线性关系。在进行大量的试验的基础上,结合水平管道中气液两相流的存在的基本流态,以及各种流态的定义和出现的状态,观察记录气水脉冲冲洗试验过程中实际出现的流态,并对冲洗过程中气液两相流的流态及其转换进行了分析,分别从当进气时间较长和进气时间较短的两种情况下,给出了流态变化的过程。同时,结合传统的气水两相流流态图,根据流态图中影响流态变化的因素与实际冲洗过程中出现的流态变化,分析得出在实际采用气水脉冲冲洗给水管道中的污垢时,影响出现流态的因素包括脉冲周期、进气流量、进水流量。根据气水脉冲冲洗给水管道时管内的气液两相流理论分析,利用VOF方法,通过Gambit软件建立气水脉冲管道清洗过程中的数学模型和物理模型,进行边界条件和初始条件的设置,然后合理地划分网格,利用试验当中的数据验证了模型的合理性,并利用FLUENT软件对冲洗过程中管道内气液两相流的总压力分布,液相流速分布,液相体积分数分布进行了分析,从而更直观地显示冲洗试验中的变化趋势,为实际工程提供冲洗参数。研究结果能够加强气水脉冲冲洗管道的效果,在达到相同清洗效果时,能够降低冲洗成本,节省了冲洗耗费的时间,从而使因为停水清洗管道所带来的损失最小化,同时,此研究有利于解决由于生长环而导致的给水管网二次污染的问题,解决了“黄水”的问题,保障了人们用水安全性,更健康,更环保,为清洗管道提供有效的技术支持。
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