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原文传递冷凝水管道气液两相瞬变流压力动态响应研究

论文题名：	冷凝水管道气液两相瞬变流压力动态响应研究
关键词：	冷凝水管道;气液两相瞬变流;压力动态响应
摘要：	冷凝水管道的安全输送是维持管道系统正常运行的基本保障，但气液两相瞬变流的存在直接威胁着冷凝水管道的安全性。因此，有必要研究冷凝水管道气液两相瞬变流流动问题。由于新型材料的兴起，粘弹性管道逐渐进入人们的视野，而针对粘弹性管道的气液两相瞬变流研究仍需进一步探索。为解决粘弹性管道气液两相瞬变流流动问题，本文进行了如下研究，并为今后的相关研究提供参考: 　　首先，研究气液两相瞬变流理论。介绍气液两相流的重要参数，引出流型概念并介绍流型的划分方法，根据两种划分依据将流型进行分类，并介绍各种流型的特点，讨论影响流型的因素;给出粘弹性管道气液两相瞬变流的基本方程;考虑到非稳态摩阻和粘弹性效应对瞬变流基本方程的影响，分别给出非稳态摩阻模型和基于粘弹性效应的数学模型;另外，基于离散蒸汽空腔模型(DVCM)和离散气体空腔模型(DGCM)分别给出气液两相瞬变流波速的数学模型。　　其次，通过在不同水锤工况以及在不同管材条件下进行实验研究。利用弹性管道(钢管)瞬变流模拟实验台，分别进行水泵及水箱两种压力供给条件下的模拟实验;利用气动电磁阀，分别布置在实验管段的前端和末端，实现上、下游不同工况的激励;调节球阀的不同开度模拟不同流量下的工况;设计并搭建局部实验管段，通过替换不同粘弹性管材进行瞬变流实验，即无规共聚聚丙烯管(PP-R)、硬聚氯乙稀管(U-PVC)以及聚乙烯塑料管(PE)。结果显示:前端关阀相比末端关阀所产生的水锤波压力更高;弹性管道发生水锤时产生的压力波比粘弹性管道高，粘弹性管道对于水锤压力波的能量吸收效果较好;前端关阀和末端关阀时，粘弹性管道的压力波传播过程延迟于弹性管道的传播;PP-R管和PE管的粘弹性效应强于U-PVC管。　　最后，利用OLGA软件对粘弹性管道气液两相瞬变流进行数值模拟。首先，介绍OLGA软件和PVTsim软件的模块功能;根据弹性管道与粘弹性管道瞬变流实验数据，利用OLGA软件建立模型，给定基础参数，对应实验工况模拟管道模型水锤工况，得到压力变化，对比弹性管道与粘弹性管道的压力变化区别，研究粘弹性管道的压力动态响应。结果显示:相同工况相同管径下，弹性管道的压力动态响应时间先于粘弹性管道;U-PVC管的压力动态响应特性较接近钢管的压力动态响应特性，PP-R管和PE管的压力动态响应特性相似;前端关阀比末端关阀所表现的粘弹性效应更显著;相同工况不同温度时，无论是弹性管道还是粘弹性管道，当温度升高，管道发生水锤的反应时间延迟。在此基础上，提出了更换粘弹性管材;利用OLGA软件择优管材以及管道尺寸;利用OLGA软件模拟不同环境温度;避免事故工况的发生;降低含气率等防护措施，以避免或减少冷凝水管道气液两相瞬变流所导致的危害。
作者：	韩旭
专业：	动力工程及工程热物理
导师：	徐莹
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨商业大学
学位年度：	2022