XXXX大 学 毕业论文文献综述 毕业论文文献综述 学 院： 水利建筑工程学院 专 业： 农业水利工程 班 级： 姓 名： 学 号： 完成日期：完成日期： 2008年3月13日 多孔软管压力分布特性实验多孔软管压力分布特性实验综述实验综述 综述 在化工、电力、通风等领域中，往往需要一种均匀分布流体的装置，它由一根总管和与总管的侧面连接的一排或若干排支管组成。支管可以是具有相当长度的管道或喷嘴，也可以仅仅是小孔，总管的横截面可以是圆形、方形、椭圆形等。这种总流被分流为多束分流(或多束分流被汇流为一束总流)的流动过程称之为分支流。多孔管就是典型的将主流经侧壁小孔,沿轴向流道均匀地流出的分配装置，如径向催化反应器分布器、流化床多管式气流分布器、板式换热器、锅炉的送风管和集箱等。由于多孔管的广泛应用及其重要性，说明了它具有一定的研究价值，本文主要对多孔管作简单介绍。 一．多孔管类型 根据多孔管物理特征，可分为这样几种类型：等节距型、变节距型、等孔径变节距型、变孔径等节距型、等管径等节距型、变管径变孔径型、变管径等孔径型。(1)当管段孔口距离沿程相等，称之为等节距型，反之当孔口距离沿程变化时，称之为变节距型；(2)孔径相同、节距不同、管径不变的多孔管称之为等孔径变节距型；(3)开孔孔径不同、节距相同、管径不变的多孔管称之为变孔径等节距型；(4)节距相同、沿程管径相同的多孔管称之为等管径等节距型，反之都不同时就称之为变管径变孔径型；沿程管径不同、孔径不变的称之为变管径等孔径型。 二．多孔管流动机理简述 在多孔管流或分支流内，流体在流动过程中质量不断减少，属于变质量流动，管内压力变化受摩擦和动量交换的双重影响。主流流体由于侧孔出流而流速减小，流速的减小使流体的部分动能转化为静压能，导致流体精流动方向产生压力升；另一方面，管壁摩阻将使流体沿流道产生压力损失，导致压力降低。 三．多孔管流动机理影响因素分析 对多孔管流动机理的影响因素很多，通过大量文献和实验，我们发现影响多孔管流动机理的因素主要涉及到以下几个因素：管长、管径、首端压强、流体性质、孔径、开孔方式、孔间距、管道坡度、管道粗糙率和管道断面几何形状。 (1) 管长大小会对管道流量产生影响，管道越长沿程能量损失就会越多，对单孔流量会产生影响，导致出流均匀度降低。 (2) 管径大小会影响雷诺数大小，进而影响到管道流体流态。 (3) 首端压强对多孔管流动机理的影响可以说是比较大的因素，多孔管所有的流动参 1数几乎都要受到它的影响，并且其影响效果也是非常显著,大多数流动参数都会随着首端压强的增加而增加。 (4) 流体具有物理和化学两方面的性质，其中物理性质中的运动粘滞数对多孔管流动机理会产生影响，从理论上分析得知，它会影响管道中流体流态，导致雷诺数发生改变，同时影响沿程水头损失。化学性质对多孔管流动机理的影响主要是通过自身与管道材料发生化学反应，导致管道发生物理上的变化，从而影响管道运行，一般在短时间内不会有太大影响。 (5) 孔径大小对管道出流性能的影响是最直接的，也是最明显的。它直接影响管道的出流均匀性。 (6) 开孔方式也会对多孔管流动机理产生影响，开口方式包括开口位置和开口形状，其方式的选取会对出流均匀度和出流量产生影响。 (7) 孔间距大小直接影响出流均匀度，在其他条件不变的情况下，孔间距越大出流均匀度越高，同时孔间距决定孔口数量的多少，在流体从孔口产生射流时，会在主流产生粗糙波峰，从而增加沿程能量损失。 (8) 管道坡度大小会对管道沿程压力变化产生明显影响，进而会对沿程孔口出流产生影响，最终影响到多孔管性能。 (9) 管道粗糙度对管道中流体流态产生影响，进而影响多孔管性能；管道断面几何形状主要是对雷诺数和沿程能量损失产生影响。 以上这些因素都不是相互的，而是相互影响，相互制衡的。我们把上述这些因素可以归结为这样几个综合参数：长径比、摩擦系数、开孔比、动量交换系数k、穿孔阻力系数λ和首端压强等等。 四．多孔管的开孔方式主要有以下几种： （1）单条管道,同一断面处,开单孔; (1) 单条管道，同一断面处，开两个孔，且两孔之间的夹角为50度 (2) 单条管道，同一断面处，开两个孔，且两个孔之间的夹角为50度 ； 2 （2）单条管道,同一断面处,开三个孔，并且同一断面处每相邻两个孔之间夹角为25°。 五．多孔管水力计算任务 普通管道的水力计算任务包括：其水力计算包括三种类型：(1)已知管道粗糙度ξ、管径d、管长z、流量Q及流体运动粘度v，求沿程水头损失hf；(2)已知ξ、d、hf、z及v，求Q；(3)已知ξ、Q、hf、z及v，求d． 在普通管道的基础上，多孔管水力计算任务会更多一些，多孔管的计算任务多增加了几项，（1）需要求出单个孔口的流量和流速（2）需要确定单个孔口的流量和流速，（3）需要对多孔出流的均匀性进行评估和计算，以（5）对尾孔流量和流速进行有效计算。 5.1 5.1 流量计算1 流量计算 流量计算 较常用的就是目前有关管道流量计算的公式一般使用Q=µA2gH0，其中A为管道断面面积。 其中H0为管道总水头，可通过以下公式求得： H0=H+α1v122g 式中：α1为动能修正系数；v1为上游水面水流的流速；H为最上游水面至管道形心点（轴线）的距离；g为当地重力加速度。 在很多时候，由于上游水面面积比较大，常常忽略掉上游水面的流速水头这一项，最后 得到 H0=H 同时 Q=µA2gH 如果将多孔管流量看成是均匀分配时有下式成立： Q=nq 式中：Q为总流量；n为孔口数；q为单个孔口的流量。 3 需要指出的是，在多孔管尾端封堵的情况下，采用上式进行流量计算是不正确的，在尾端封堵时，多孔管的流量实际上就等于所有孔口流量之和。 5.2 5.2 管径大小计算管径大小计算 大小计算 在已知所需流量和坡度时，需要确定改用多大管径的管道时，可以通过以下非多孔管管径大小计算公式进行初略地估计，要求不低于估算值。 张晓元通过沿程水头损失与流量、管径的关系式以及柯列布鲁克—怀特公式，经过整理得出了出紊流完全粗糙区管径d与粗糙度ε的关系式： d=0.66ε1.25+ν()0.04 最后通过两者的离散点关系，拟合曲线后得出了一个显式计算式： gJ d=0.66ε1.25Q24.75Q+ν(gJ)5.29.40.20.04 有一点要说明的就是，这个公式的最后计算结果存在误差，最后需要进行修正，并且此式只是用于紊流的情况。 因为在其它条件相同，要求输送等量水量时，多孔管和无孔管相比，其输水能力要低，此时要想达到相同输水量，就必须加大管径。故可以使用上式对管径进行最小值的估算。 5.3 5.3 首孔压强水头计算 首孔压强水头计算 端压是微灌管道设计中最重要且最难确定的参数。原因在于它与设计压力、水头损失以及地形高差问的关系比较复杂，各个设计参数又相互制约，需经试算才能确定的首选数值难以确定。首孔压强水头计算方法有多种，在此，主要介绍以下两种： 5.3.15.3.1 3.1 降低0.25降低0.25hf法 此方法为在计算所得的支管入口压力水头的基础上, 减去首末喷头间支管水头损失的25% ,即： HL=HL0−0.25hf 式中： HL———支管入口压力水头,m; HL0———用前面方法计算的支管入口压力水头损失,m; hf———支管上首末两喷头间支管管段的沿程水头损失,m。 它适用于管径相同且支管沿平坦地形布置的情况, 当喷头个数较多时, 支管实际流 4量很接近设计值, 但在喷头数低于5个时计算结果与其他方法相近。因此,它是一种经验方法,计算结果与实际情况也有一定的差距。 5.3.25.3.2降低3.2降低0.1降低0.1hp法 这种方法比较简单,它是在方法（1）计算出支管入口压力后,再减去设计喷头工作压力的10%,可用公式表示为: HL=HL0−0.1hp 式中：HL———支管入口压力水头,m; HL0———用前面方法计算的支管入口压力水头损失,m; hp———喷头的设计工作压力,m。 此方法较适宜于喷头与支管入口压力差较大的情况, 计算结果会使实际运行时的整个支管流量有偏差, 但各参数基本上能保持在设计要求的范围之内, 还不致于影响喷灌质量。因此, 它也是一种经验方法, 使用时要注意它的使用条件,计算结果与实际情况有一定的差距。 5.45.4 单孔流量计算 单孔流量计算 单孔流量计算 多孔配水管在给水排水工程中应用较为广泛，其孔口出流量可用下式计算 q=µa2gh0 式中:q为孔口出流量；µ为孔口流量系数；a为孔口面积；h0为作用水头。值得注意的是式中的作用水头h0是指总水头，它包括压强水头和流速水头。 当多孔管的长度和直径之间符合D>1.330.006L时(式中:D为多孔配水管的直径;L为多孔配水管的长度),则称为短管,短管的一个重要特征是沿水流方向,其压强水头逐渐增大,即末端压头大于起端压头。 目前在将上式用于短管计算时,往往忽略流速水头,将作用水头仅看作是压强水头,同时将µ看作常数,由于压强水头的恢复,得到多孔配水管末端孔口出流量大于起端孔口出流量的结论,其实这个结论的理论依据是欠妥的。 5.5 水头损失计算 水头损失计算 5.5.15.5.1沿程损失：沿程损失： 计算沿程损失时，需要判断总管内沿程摩擦阻力的影响是否可以忽略。 5研究表明,当LD≤2njλ时,分配管和汇集管内沿程摩擦阻力对管内静压沿轴向变化的影响可忽略不计(换句话说，就是忽略水头损失).式中nj（j=1,2。j=1时为分配管，j=2时为汇集管）为动静压转换系数，对分配管, n1=0.8,对汇集管中的集汽管、排污管,按锅炉汇集集箱, n2=2.0,均汽孔板n2=2.5. λ为管内沿程摩擦阻力系数。 管段和各孔口的实际沿程损失可分别采用下面两式计算 hfi=λi×Lid1vi2× i=1，2，3……10; 2ghfs2i=hfs2i−1= ∑j=1ihfj i=1，2，3……10; 其中： hfi为各输水管段的沿程损失，单位m；L为各输水干管管段的长度，单位m；d为干管的直径，单位m；vi为各干管管段的流速，ms；hfs2i，hfs2i−1分别为偶数号和奇数号的孔口的沿程损失，单位m；λi为各干管管段对应的沿程损失系数。 除了以上计算方法外，刘焕芳等人通过假设软管中水流沿程连续，且为均匀泄流，管径沿程不变，最后用布拉修斯（Blassius）公式直接导出计算沿程水头损失的公式。 通过积分，可得软管沿程总水头损失为： LHf=∫0dhf=1QmfbL m+1D式中：Hf为软管沿程总水头损失，m；D为软管内径，m；m为流量指数，m=1.75；b为管径指数，b=4.75；f为摩阻系数，当水温T=10℃时（规范），f=8.4493×10；当T=14.5℃时，f=8.18×10。 5.5.25.5.2局部损失：局部损失： 在局部水头损失计算中，对多孔出流管（出流分配管）除了进水口出的损失外，其它损失主要发生在出流分配出，即孔口出流导致的水头损失。在开口数比较少的情况下，孔口导致的水头损失一般可以忽略掉，但是在开孔数较多的情况下，我们就不能忽略孔口分流时带来的局部水头损失。同样的道理，对于多孔汇集管也是一样。 -4-4 65.65.6 多孔管出流（多孔管出流（集水）集水）均匀度的计算 均匀度的计算 出流（集水）均匀度是多孔管性能的一个重要指标，其性能的好坏与均匀度大小成正比。 对于多孔集水管孔眼水流属于淹没式出流，孔眼流量 q1=µ1a12gh1 式中：µ1 为淹没式出流孔眼的流量系数；a1 为孔眼的过流面积；g为重力加速度；h1为淹没式出流孔口的作用水头，即管内外压力水头差；q1为淹没式出流孔口出流量。 多孔集水管的集水均匀度可用下式表示： η=qminqmax 式中：η表示集水管所有孔眼中流量最小和最大的2个孔眼流量比，这里也就是首端和终端2个孔陈水悌在以上基础，为方便计算，近似地以集水管全部孔眼的平均流速u代替umin，得出 η=1mα1+Φ1µω22=11+Φ1µβ22 式中：β=(mαω)是集水管孔口总面积与集水管横截面积之比，称之为开孔比。 2 由上式可知当孔眼流量系数可视为常数时，多孔管的集水均匀度只与集水管管道特性系数和开孔比有关。当集水管给定后，可以通过调整开孔比来满足集水均匀度的要求。即 已知η、Φ1、µ可用下式计算应有的开孔比 β=1−η2 22Φ1µη对于多孔出流型管道其孔口一般属于孔口自由出流，孔口流量 q2=µ2a22gh2 式中：µ2为自由出流时孔眼的流量系数；a2为孔眼的过流面积；g为重力加速度；h2为自由出流时孔口的作用水头，即管内外压力水头差；q2为自由出流时孔口出流量。 六．出流均匀度的提高及评价 出流均匀度的提高及评价 6.1 6.1 均匀度的提高 7根据出流均匀度影响因素很容易能够找到提高出流均匀度的方法。 （1）首先应尽量将水源布置在项目区的中间位置。其次，要选择正规的多孔管生产厂家的产品。 （2）当开孔比较大、集水水头有限，又需要保证沿途均匀集水时，一种比较简单的做法可以根据多孔管内沿途压力的变化调整集水孔的直径，即变孔径调整均匀度。孔径越小,流量分配的均匀性越差,因此,设计时不能让孔径太小 （3）要使多孔管的小孔流量均匀分配，应具有较大的管径，较高的开孔比，和较高的管道入口流压力与动量比。在给定流量和所要求的孔数N时，应尽量取较大的管径，这样既使开孔比增大，又可提高管道入口流压力与动量比。 （4）在采用大管径的单排孔布点困难时，推荐用双排孔管。在不得不采用较小管径时,可通过非均匀开孔的办法增加小孔流量分配的均匀性。 除此之外，我们还可以采用分段处理法，即不同管段有不同的孔距，但孔径相同，段内孔距也相同，以此保证整体的配、集水均匀性。 6.2 6.2 均匀度评价 均匀度评价 评价喷灌水量分布均匀性的定量指标除了我国常用的均匀系数CU 外还有分布均匀系数DU。均匀系数DU 与分布均匀系数CU 之间的关系可用线性函数来描述, 与现行规范要求值CU =75%对应的DU 值约为66%。 为了克服CU描述水量分布均匀性时的上述缺点, Hart和Reyno ids提出了分布均匀系数DU (Distribution Uniformity)的概念,其定义为: x1DU=×100% x=Nx/∑xi=1Ni /式中: x——平均灌水深度； xi—第i 个测—点的水深; N ——测点数; x——指大小排列的灌水深度低值的N4个测点水深的平均值。 地下滴灌系统也是属于多孔管的一种类型,在对滴灌系统的出流均匀度进行测定时, 由于滴头埋入地下, 不能直接观测和测量到其出水情况, 因此, 地下滴灌系统的灌水均匀度的测定还是比较困难。 参考文献：参考文献： [1] 王峻晔, 章明川,吴东棣. 流体在多孔管分支系统中的流动机理研究[J].动学研究与进展,1999.3.A. 1(14). 8[2] 白丹.多孔管允许最大长度的计算[J].农业机械学报,1994.12.4(25) [3] 缪正清. 多孔分配管与汇集管内单相流体的流动特性[J].上海交通大学学报,1999.3.3(33). 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