沿程出流多孔流体分布管流动特性研究

The sluicing pipeline perforated fluid distribution pipe has been widely used in agriculture, water supply and drainage, chemical and other fields, but the existing research doesn't take full account of the uneven flow distribution's impacts on the perforated pipe's characteristics, the perforated pipe's laying slope isn't considered in momentum equation, a more unified theory isn't formed, to explain the common problems of the perforated flow. This project intends to learn from the hydraulic performance's research results based on the energy equation and the fluid uniform theory's research results based on the momentum equation, uses the various parameters adjustable test device, through experiment study various factors' impacts on the flow characteristics of the sluicing pipeline perforated pipe; Establish variable coefficients and variable mass flow momentum equation, find the analytical solution, to explain the common problems of the perforated flow in theory; Give the formula of the sluicing pipeline perforated pipe flow, head loss and pressure distribution's key hydraulics parameters; Conduct the numerical simulation of the sluicing pipeline perforated pipe flow's movement regularity, propose the sluicing pipeline perforated pipe's more completed design methods meted the flow uniformity requirements. The results provide a theoretical basis for the sluicing pipeline perforated pipe's planning, design, operation and management, promote the development of the sub-tributaries (perforated pipe flow) theory, will have important project value and theoretical significance.

沿程出流多孔流体分布管广泛应用于农业、给水排水、化工等领域，但现有研究成果没有充分考虑流量分配不均匀性对多孔流体分布管出流特性的影响，动量方程没有考虑多孔管铺设坡度的影响，没有形成一个较为统一的理论来解释和说明多孔出流中的共性问题。因此本项目拟借鉴以能量方程为基础的水力性能研究成果和以动量方程为基础的关于流体均布理论方面的研究成果，利用可调整各种参数的试验装置，通过试验研究各影响因素对沿程泄流多孔管流动特性的影响；建立变系数变质量流动的动量方程，求出解析解，从理论上来解释和说明多孔出流中的共性问题；给出多孔流体分布管出流量、水头损失和压力分布等流动特性关键参数的的计算公式；对沿程出流多孔管中的流体运动规律进行数值模拟，提出较完整的满足出流均匀性要求的沿程出流多孔管设计方法。研究结果可为沿程出流多孔管的规划、设计和运行管理提供理论依据，促进分支流理论的发展，有重要的工程价值和理论意义。

沿程出流多孔流体分布管的出流量、沿程水头损失和压力分布与非多孔口出流管有很大差别，需要进一步专门研究。本项目从多孔流体分布管的输流能力、流动机理、压力水头变化规律、出流均匀度及合理铺设长度研究等四个方面，深入研究多孔流体分布管流动特性。得出以下结论：.（1）在输流能力研究中，从理论上推导出了多孔管总出流量的计算公式，然后通过量纲分析得出了多孔管流量折减系数的计算方法，并根据实验数据对流量折减系数计算公式进行拟合，建立了多孔管平均单孔出流量的计算公式；（2）在流动机理研究中，在一定铺设坡度条件下，运用动量守恒方法建立了多孔管变质量流动的动量方程，给出了动量交换系数的函数关系式，确定动量变化率和修正系数值分别为0.65和0.15。依据幂函数速度分布理论，推导出了不同雷诺数对应的变质量流体动量方程的解析解；从理论上来解释和说明多孔出流管的流动机理，对于研究沿程多孔出流管流体分配的均匀程度，促进多孔流体分布管流动理论的发展具有一定的工程价值和理论意义；（3）在压力水头变化规律研究中，通过对多孔管末端压力水头变化规律的分析，将多孔管分为短管、中管、长管这三种类型，并给出了用多孔管特性系数和长径比来判别多孔管类型的方法；根据最大、最小压力水头所出现的位置，铺设坡度和沿程水头损失的比值大小，将压力水头曲线划分为五种曲线；（4）在出流均匀度及合理铺设长度研究中，分析了影响压力水头变化的主要因素有管长、管径、小孔间距、小孔直径、入水口压力水头、铺设坡度等。通过对试验数据的分析，得出各因素对多孔管沿程压力水头影响的变化规律，分析多孔管能取得最大能效的铺设坡度、铺设长度、压力水头取值范围等。