给水管道气压脉冲法清洗试验与数值模拟

摘要

给水管网是给水系统的重要组成部分,净化后的水经过错综复杂的地下管网,达到用户终端。一般给水厂出水水质都能达到国家规定的生活饮用水卫生标准,但通过给水管网送至用户时,水在给水管网中停留一段时间,在此期间会受到二次污染。管网中的“生长环”是造成二次污染的重要因为,清除“生长环”有利于提高供水水质和管道通水能力。对几种管道清洗方法对比得出,气压脉冲法是一种非常好的管道冲洗方法。提高气压脉冲法的冲洗效率,对减少管网水质的二次污染有重要的理论和实际意义。“生长环”是多种无机物、有机物、微生物的混合物。生长环的形成机制复杂,既受到物理沉淀、管道电化学腐蚀、化学稳定性、生物稳定性的影响,对金属管而言,也受到铁细菌、硫酸盐还原菌的腐蚀作用。“生长环”不仅影响给水管网水质,而且随着管道管龄的增长,“生长环”逐渐加厚,内壁粗糙,凹凸不平,增大了管道阻力系数,缩小了过水断面面积,从而直接影响管道的通水能力、供水水压,增加了供水能耗及漏耗。
　　 本文通过自行设计搭建的试验平台,对气压脉冲管道冲洗法的脉冲规律进行了研究。试验结果表明,确定供气压力和供水流量一定的情况下,保持停气时间不变,充气时间变化,初始流速、压力迅速增大,后期增速缓慢,且在充气时间为5s的时候,流速、压力达到极大值。保持充气时间不变,随着停气时间的增长,管内的流速、压力呈线性增大趋势,管道内水流紊动加剧,冲洗效果增强；供气压力一定的情况下,改变供水流量,得到供水流量与管道中水流流速、压力之间呈线性关系；供水流量一定的情况下,改变供气压力,得到供气压力与管道中水流流速、压力之间也呈线性关系。对实验管道进行气液两相数值模拟研究。针对实验管段,分别建立入口直管和弯管的网格模型。利用非稳态分离求解方法,对入口直管处气、水两相流进行数值模拟,在O.0005s、0.0010s、0.0015s和O.0020s时显示实时结果。对气、水两相流的流型进行分析,研究得出在一定边界条件下,实验管段会形成“弹状流”,分析了“弹状流”的能量转化过程、尾部涡流现象及其对“生长环”的去除作用。利用稳态求解器计算弯管流场,分析弯管内外侧所受压力,及管内流速的分布情况,研究证明弯管对“生长环”去除有一定影响。