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管道的第三种输水形式--- 真空管道高速输水技术
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管道输送流体,水头大的采用重力流,水头小的或负水头的,采用水泵加压输水,或两者结合应用,据笔者认为,管输,尤其是长距离引水、城镇配水,除采用上述两种输水形式外,客观上存在第三种输水形式:真空输水。 自从水的虹吸现象为人类所发现及利用,年代已相当久远。可人们对虹吸现象的研究,到目前还仅是表面的,实际工程中也只能实施直径在600毫米以下的虹吸管,并笼统地将它归纳在“重力流”范畴内。深入的研究与实施难度极大,其原因是,继续加大虹吸管实施直径及提高其真空度相当困难,导致管内水充盈度难以达到正常的运行状态。人们无法实际观察到超大直径的虹吸管在水充盈度很高的情况的运行流态,也就无法对虹吸做出正确的分析与描述。 流体从高位水池或水塔上重力自流的,称为“重力流”,重力流管输的始端,由于流体在进入管口时必然形成涡流,而大气以肉眼见不到的微小气泡掺入水体并进入管内。大气不断掺进管内,管径越大、流速越快的,涡流掺进气体的量越大。这些被旋涡卷进管内的微小气泡,运行一段距离后,停留在各段管道的高凸处,其压力又不足以自动从排气阀排除,形成气阻。 “重力流”常应用于从水库引水,水轮机发电及自来水的重力配水工程,尽管设计人员设法减少管道的弯曲与起伏,提高水管进水处的淹没深度,安装了减少涡流的装置,以及在管道中设置排气阀,但无法根本改变涡流的产生及消除水管中的掺气量。对从高位水池重力自流,地势起伏大的引水工程来说,涡流产生后不断掺进的气体,使有压流中出现空泡,流体不再是连续流,流速降低。不仅如此,空化区附近的水流固体边壁产生剥蚀破坏,久而之引起管道的断裂和材料的疲劳。
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