低流速下供水管网节点混合的试验研究

摘要

当供水管网中存在污染物入侵时，如何快速地明确污染物的分布情况，提出相应的应急措施是目前水务公司迫切需要解决的问题，而进行供水管网节点混合研究是分析污染物分布特征的重要途径。近年来，国内外的节点混合成果基本都是考虑流态为充分发展的湍流(Re＞10000)，针对雷诺数小于10000的管网节点混合研究成果则较少。在用水低谷期或者是在城郊等边缘地区，管网内的流态可能处于层流、过渡流或者是未充分发展的湍流（注:以下为方便描述流态，统一表述为Re＜10000的流态），系统地研究该流态区域内的节点混合特征对于完善管网水质模型，提高水质模型预测管网中生物或化学污染物的精度具有重要意义。
　　首先，为了定性地分析节点混合现象，本文进行了十字节点混合的可视化研究。通过直观地观察十字节点混合，我们发现在Re＜10000时，保证入口雷诺数(ReS，ReW)和出口雷诺数(ReN，ReE)相等的情况下，不同的雷诺数绝对值下存在不同的节点混合情况，雷诺数绝对值影响节点混合程度。
　　其次，定量地研究了在Re＜10000时，雷诺数绝对值和出流雷诺数比(ReN/ReE)对等管径十字节点(DN25)的节点混合程度的影响，结果表明十字节点混合具有不完全性，雷诺数绝对值和出流雷诺数比(ReN/ReE)对十字节点的混合程度影响较大。同时本文研究了管径大小对等管径十字节点混合的影响，进行了等管径十字节点(DN16/DN25/DN32/DN50)的混合模型实验，结果表明当雷诺数大于3000时，管径大小基本不会影响节点混合程度，当雷诺数小于3000时，在同一雷诺数下，管径越大，节点混合程度越好。
　　再次，本文研究了在Re＜10000时，雷诺数绝对值、出流雷诺数比(ReN/ReE)和节点无量纲间距(L/D)对等管径双T节点(DN25)的节点混合程度的影响。结果表明雷诺数绝对值和出流雷诺数比(ReN/ReE)对双T节点的混合程度有一定影响，但是影响较小，节点无量纲间距(L/D)对混合程度的影响较大，随着节点无量纲间距(L/D)的增大，等管径双T节点混合程度变好。
　　最后，利用FLUENT软件模拟了等管径十字节点(DN25)的节点混合情况，模拟结果表明节点混合为不完全混合，数值模拟结果与节点模型实验结果趋势基本吻合。

目录

声明

致谢

摘要

图表索引

主要符号表

1 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究历程和现状

1．2．1 雷诺数大于10000下的节点混合试验研究

1．2．2 雷诺数小于10000下的节点混合试验研究

1．3 文章研究内容、创新点及技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 文章创新点

1．3．3 技术路线

2 研究方法

2．1 节点模型试验研究

2．1．1 水源供给系统

2．1．2 节点模型试验系统

2．1．3 试验装置仪器设备一览表

2．2 数值模拟研究

2．2．1 建立几何模型

2．2．2 网格划分

2．2．3 求解计算

2．2．4 模拟结果后处理

3 十字节点模型试验研究

3．1 试验准备

3．1．1 实验仪器校准

3．1．2 无量纲参数的定义

3．1．3 电导率表征浓度的可行性分析

3．2 实验方案

3．3 可视化研究结果

3．4 实验数据分析结果

3．5 小结与讨论

4 双T节点模型试验研究

4．1 实验方案

4．2 实验数据分析结果

4．3 小结与讨论

5 数值模拟研究

5．1 几何模型建立和网格划分

5．2 求解参数设置

5．3 利用数值模拟进行预模拟实验

5．4 数值模拟结果

5．4．1 流场分析

5．4．2 数值模拟与节点模型实验对比分析

5．5 小结与讨论

6 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 研究不足和展望

参考文献

作者简介