1、改進(jìn)型深筒式消力井消能效率的實驗研究,2014,項目負(fù)責(zé)人： 項目組成員： 指導(dǎo)教師： 學(xué)院：,教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)工程網(wǎng)上傳完成的截圖 原申報書中的預(yù)期目標(biāo)和工作進(jìn)度 小組成員分工介紹及工作現(xiàn)場照片 研究方案、取得的成果和存在的問題 經(jīng)費使用情況 課題延伸思考,匯報主要內(nèi)容,現(xiàn)場工作照片,區(qū)域調(diào)水和跨流域調(diào)水是解決我國水資源時空分布不均和區(qū)域性缺水的重要途徑之一。,遠(yuǎn)距離輸水方式有渠道輸水和管道輸水兩種方式。管道輸水形式與傳統(tǒng)渠道輸水方式相比，有節(jié)約工程量、減少投資、節(jié)水、保持水質(zhì)不受破壞等優(yōu)點。,對于有壓管道可選的消能方式有很多，主要有閥口消能工、螺旋流消能工、孔板消能工、深筒式消力井等。深筒式

2、消力井是管道出口新型消能方式的一種，適用于高水頭、小流量的輸(放)水管道出口。,完成文獻(xiàn)查閱和資料收集,4.1,深筒式消力井能有效消耗管道中多余的能量，但存在消能和水流平順互相矛盾的問題。,（1）將高速水流在消力井內(nèi)的翻滾區(qū)域與出流水流分離開來，在保證消能效果的情況下，使出口管道內(nèi)水流更加平順。,改進(jìn)型深筒式消力井具有以上的優(yōu)點：,（2）消力井內(nèi)水面和平流穩(wěn)壓井內(nèi)水面有一個高度差，這是溢流堰造成的水頭損失，增加了整體的消能效率。,（3）消力井的出口管道安裝高度決定著其最大過流能力，該方案中的消力井出水管道可以安裝在進(jìn)口管道高程甚至更低，增加了消力井的過流能力。,實驗設(shè)計示意圖,1 地下水箱；2

3、 離心泵；3 高位水箱；4 進(jìn)水管道；5 消力井；6 溢流板；7 平流穩(wěn)壓井； 8 出水管道；9 下游渠道；10 三角量水堰；11 地下蓄水池；12、13、14 精密壓力表；,4.2.1實驗方案設(shè)計,4.2.1實驗方案設(shè)計,試驗設(shè)備參數(shù)表,實驗裝置圖,4.2.2 實驗裝置和場地,4.3.1 深筒式消力井消能特性試驗,測定深筒式消力井進(jìn)、出水管流量，消力井前壓力值及水頭損失，同時測定井底測壓孔的測壓管讀數(shù)、井內(nèi)水深等水力參數(shù)，其主要目的在于對深筒式消力井的消能機(jī)理及消能效率進(jìn)行研究。,4.3.2 改進(jìn)型深筒式消力井結(jié)構(gòu)選型試驗,改變進(jìn)水管道出口形式為多噴孔出水口，通過變化噴孔孔徑、孔數(shù)、噴孔間距

4、、開孔面積及布置形式，觀測井內(nèi)流態(tài)、測量井前井后壓差等方法確定各參數(shù)之間的關(guān)系，確定最佳進(jìn)水管道出口選型。,增設(shè)一個平流穩(wěn)壓井，對不同溢流堰高度的試驗?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行分析，探求消能效率與溢流堰高度之間的定量關(guān)系，從而獲得改進(jìn)型深筒式消力井最佳溢流堰高度的設(shè)計方法。,主要試驗變量,1.噴孔的布置形式：梅花布置、并列布置、底部圓形布置。 2.噴孔的孔徑(mm)：5、10、18。 3.流量(m3/s)：0.4、0.8、1.0、1.2、1.6。 4.堰板高度(mm)：907、815、762、639、585。 5.開孔率：100%、80%、60%、40%、20%。,1.水深：主井、副井內(nèi)水深；堰上水頭及波動值；

5、堰上水流射入副井的水舌深度。 2.壓力表：閥前、閥后讀數(shù)。 3.流量：三角堰讀數(shù)。 4.測壓管：井底5個測壓管及出水管道測壓管的常見值、最大值、最小值、波動值及平均值等。,所需測量數(shù)據(jù),1 閘板閥；2進(jìn)水管道；3消力井身；4排氣孔；5出水管道；6、7 壓力表； 傳統(tǒng)型深筒式消力井結(jié) 及水流流程,消能過程包括沖擊消能和摻混消能，當(dāng)水流通過進(jìn)水管道進(jìn)入消力井，射流和沖擊工程中形成漩渦及其他復(fù)雜水流形態(tài)，產(chǎn)生能量耗散。,消能過程,自壓出流過程,水流在消力井內(nèi)翻滾上升的過程中，當(dāng)井內(nèi)水深高于出口管道時，一部分水流會從出口管道流出。當(dāng)進(jìn)出口流量達(dá)到平衡時，井內(nèi)水深會相對穩(wěn)定在某一固定值，此時的消能過程可

6、以近似認(rèn)為是恒定流來進(jìn)行研究。,4.4.1深筒式消力井的消能機(jī)理,4.4,主要實驗結(jié)果,試驗結(jié)果,不同流量下消力井的水頭損失系數(shù)變化規(guī)律,不同流量下消力井的消能率變化情況,深筒式消力井水頭損失系數(shù)和消能率隨流量的增大而增大，但是增大到一定程度便趨于穩(wěn)定。,4.4.2深筒式消力井的消能效率試驗研究,4.4.2改進(jìn)型深筒式消力井的水流流態(tài),4.4,主要實驗結(jié)果,4.4.3 結(jié)構(gòu)參數(shù)對水頭損失系數(shù)的影響,4.4,主要實驗結(jié)果,(a)梅花布置 (b)并列布置,不同孔徑條件下水頭損失系數(shù)變化規(guī)律,(a)梅花布置 (b)并列布置,不同距徑比條件下水頭損失系數(shù)變化規(guī)律,無論什么進(jìn)水管道出口形式下，水頭損失系

7、數(shù)都是隨著流量的增大而增大，但增大到一定程度時，趨于穩(wěn)定。,試驗結(jié)果,4.4.3 結(jié)構(gòu)參數(shù)對水頭損失系數(shù)的影響,4.4,主要實驗結(jié)果,流量,流量 時水頭損失變化規(guī)律,試驗結(jié)果,在相對開孔面積保持不變的情況下，孔徑大小對改進(jìn)型深筒式消力井水頭損失系數(shù)的影響不大；當(dāng)距徑比較小時，水頭損失系數(shù)較大；但當(dāng)距徑比大于2.5時基本水頭損失系數(shù)也基本保持不變。,4.4.3 結(jié)構(gòu)參數(shù)對水頭損失系數(shù)的影響,4.4,主要實驗結(jié)果,不同布置形式下水頭損失系數(shù)變化規(guī)律,試驗結(jié)果,水頭損失系數(shù)隨孔徑增大而減小的幅度不大，但是各種孔徑的情況下梅花布置的噴孔的水頭損失系數(shù)明顯比并列布置的大。,4.4.4 各類型深筒式消力井

8、的水頭損失系數(shù)、消能率的對比情況,4.4,主要實驗結(jié)果,不同型式深筒式消力井水頭損失系數(shù)比較圖,結(jié)果分析：,在小流量的情況下，僅增設(shè)平流穩(wěn)壓井的改進(jìn)型深筒式消力井和增設(shè)多噴孔出水口的改進(jìn)型深筒式消力井水頭損失系數(shù)相差不大，但遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)型深筒式消力井，這說明，在小流量的情況下，能量主要在平流穩(wěn)壓井中消散，進(jìn)水管道出口形式對水頭損失系數(shù)的影響不大；在流量較大時，井增設(shè)平流穩(wěn)壓井的改進(jìn)型深筒式消力井與傳統(tǒng)型深筒式消力井的水頭損失系數(shù)相差不大，但較增設(shè)多噴孔出水口的改進(jìn)型深筒式消力井的水頭損失系數(shù)要小，這意味著在大流量的情況下，能量的主要消散位置在多噴孔出水口處，由于處于淹沒出流狀態(tài)，所以主井與副井的水位相差不大，平流穩(wěn)壓井中能量消散較小。,4.4.4 各類型深筒式消力井的水頭損失系數(shù)、消能率的對比情況,4.4,主要實驗結(jié)果,不同型式深筒式消力井消能率k比較圖,結(jié)論：,改進(jìn)型深筒式消力井消能率比傳統(tǒng)型深筒式消力井消能率要高很多，證明這種改進(jìn)方案能有效地提供一種消能效率更高的改進(jìn)型深筒式消