降-复压漏损控制实验及其机理研究三级片电影
中国奶粉品牌排行榜郑成志;孙国胜;赵焱;高金良;崔福义;徐叶琴
【摘 要】为充分掌握PE管道漏损流量与供水压力的关系并将其应用于供水管网漏损控制,开展了降-复压研究.针对PE管道上的环向裂缝和轴向裂缝开展了研究,并利用指数模型对实验数据进行了拟合.结果表明:同一供水压力下降压过程的漏损流量普遍大于升压过程,降压过程的漏损指数普遍小于升压过程,施压方式转变时漏损流量存在反常现象.根据实验结果和分析结论,提出了降-复压漏损控制的概念,并采用粘弹性理论对实验现象进行了阐释,构建了降-复压漏损控制模型,最后探讨了现阶段降-复压漏损控制技术应用的局限性和相应的解决措施.
【期刊名称】《供水技术》
【年(卷),期】2018(012)002
【总页数】5页(P29-33)
【关键词】供水管网;漏损控制;压力管理;降-复压
【作 者】郑成志;孙国胜;赵焱;高金良;崔福义;徐叶琴
【作者单位】广东粤海水务股份有限公司,广东深圳518021;哈尔滨工业大学环境学院,黑龙江哈尔滨150090;广东粤港供水有限公司,广东深圳518021;广东粤海水务股份有限公司,广东深圳518021;广东粤港供水有限公司,广东深圳518021;广东粤海水务股份有限公司,广东深圳518021;广东粤港供水有限公司,广东深圳518021;哈尔滨工业大学环境学院,黑龙江哈尔滨150090;哈尔滨工业大学环境学院,黑龙江哈尔滨150090;广东粤海水务股份有限公司,广东深圳518021;广东粤港供水有限公司,广东深圳518021
【正文语种】中 文
【中图分类】TU991.33
压力管理作为一种对供水管网全局、经济、有效的漏损控制方法，正逐步受到重视和推广应用。压力管理控制供水管网漏损的理论依据是一系列漏损流量与供水压力的关系模型，例如孔口出流模型[1]、指数模型[2]、FAVAD模型[3]等。这些模型中漏损流量和供水压力均呈正相关关系，因此指导实践时降低漏损就需要降低供水压力，压力管理的应用也受限于
有降压空间的供水管网。然而，笔者在针对塑料管材开展漏损实验时，发现了一些不同于漏损流量与供水压力呈严格正相关关系的特殊现象，就此提出了降-复压漏损控制的概念，探讨了降-复压漏损控制的机理，并分析了其适用性能。
1 实验设计
1.1 实验装置
实验装置系统设计如图1所示，系统中主体水流依次经过水箱、水泵、流量计、漏口试件、水箱形成循环，漏口试件漏出的水经过计量后返回水箱；水泵通过变频器控制，可灵活输出所需供水压力；管道上设稳压罐，确保供水压力足够稳定。每个漏口在1个漏口试件上，漏口试件通过接口连接于系统中，方便安装、拆卸。
图1 实验装置示意Fig.1 Experimental device
1.2 漏口试件
漏口试件的管材选择应用较为普遍的PE管(弹性模量数量级0.5 GPa)，管道规格为De50×4.
5 mm。在每个试件上加工一个漏口，形成较为常见的环向裂缝和轴向裂缝两种漏口形状，漏口试件的参数见表1。
表1 漏口试件情况Tab.1 Leakage of test piece编号漏口形状参数1#环向裂缝对应圆心角为1/2π2#环向裂缝对应圆心角为π3#轴向裂缝长度为20mm4#轴向裂缝长度为32mm
1.3 实验方法
汽车前保险杠将新加工的漏口试件安装于实验装置后，进行4 h以上的承压，使漏口形成较好的漏损稳定性。从低压开始逐步提升供水压力，达到最大供水压力后再逐步减小至起始供水压力，形成一个升压过程和一个降压过程。然后再进行一次升压实验，测试每个供水压力对应的漏口漏损流量。单个漏口试件完成后，拆下换装另一个漏口试件。
漏口漏损流量的测量采用体积法。不同供水压力转变时，待压力表读数稳定后开始计时，稳定时间持续5 min左右，计量该段时间内从封闭套管流出的水量体积。然后使用潜水泵将封闭套管流出的所有水量抽送回水箱，每个供水压力实验时间(包括调节变频器频率、稳定供水压力、稳定态漏损实验、潜水泵抽水等)控制在10 min左右。
对漏口两侧的压力表读数取均值，获得该点的供水压力。
2 结果与分析
4个漏口试件上漏损流量与供水压力的关系见图2。
将所测漏损流量与供水压力的关系按照式(1)所示的指数模型[2]进行拟合，结果见表2。
表2 漏口试件漏损流量与供水压力拟合关系Tab.2 Fitting relationship between leakage flow of test piece and water pressure试件编号施压方式漏损指数漏损系数拟合相关系数1#升压过程1．151．710．9810降压过程1．052．490．99562#升压过程1．0519．420．9960降压过程1．0023．090．99913#升压过程2．461．96×10-20．9990降压过程1．911．45×10-10．98974#升压过程1．777．32×10-10．9886降压过程1．343．420．9954
Q=αHN
(1)
式中Q为漏损流量，α为漏损系数，H为漏点处的供水压力(自由水头，mH2O)，N为漏损指
数。
由图2和表2可以看出，施压方式不同，漏损流量与供水压力的关系存在差别：
① 同一供水压力下，降压过程的漏损流量普遍大于升压过程的漏损流量。
② 降压过程的漏损指数普遍小于升压过程的漏损指数。
③ 施压方式转变时，漏损流量存在反常现象。例如，由升压过程向降压过程转变时，随着供水压力的降低漏损流量反而增加。
图2 漏损流量与供水压力的关系Fig．2 Relationshipbetweenleakageflowandwatersupplypressure
3 降-复压漏损控制概念
3.1 漏损分析
漏损指数较大则漏损流量对水压力的变化更敏感，降低相同供水压力可减少更多的漏损。
相同供水压力下漏损流量在升压过程、降压过程中存在差别，意味着采取合理的施压方式，即使供水压力不降低也可降低漏损。以3#漏口试件(图2)为例，分析如下：
字组词① 供水压力均为21.7 mH2O时，漏损流量在降压过程为54.8 mL/s，在升压过程为40.6 mL/s，后者比前者低25.9%。
② 用表2拟合得到的漏损模型，假设漏口处的供水压力变化为16～28 mH2O。每间隔1m水头改变工况运行压力且各工况等时间运行，得到平均漏损流量在降压过程为54.5 mL/s，在升压过程为42.2 mL/s，后者比前者少22.6%。
③ 由升压过程、降压过程漏损指数分别为2.33和1.91，同样降低25%的运行供水压力，则升压过程、降压过程漏损流量可分别降低40.5%和34.7%，升压过程比降压过程可多降低5.8个百分点。
3.2 降-复压漏损控制的概念
基于上述分析，可以充分利用漏损流量与供水压力关系的升压过程、避免并减少降压过程的出现，从而实现漏损控制，据此提出降-复压漏损控制的概念。
降-复压漏损控制是指针对城镇供水中的管道，通过降低供水压力并在短时间内再还原所需供水压力，实现漏损流量由较高的状态转换为较低的状态，达到漏损控制的目的。
降-复压漏损控制技术的提出直接启发于PE管道漏损实验结果及分析，不但能实现运行供水压力不变前提下的漏损降低，而且能通过降低运行供水压力更有效地降低漏损。通过降-复压漏损控制技术的实施，甚至适当提高运行供水压力也可达到降低漏损的目的。
4 降-复压漏损控制机理研究
4.1 降-复压漏损控制机理解释
为说明降-复压漏损控制技术的机理，以固体力学中理论——粘弹性理论[4]，阐释粘弹性造成的独特的漏损流量-供水压力关系。
oppot703按照粘弹性理论，粘弹性体的应力与应变率有关，应变随应力变化存在滞后性。金属管、混凝土管、PE管等管材均可视为兼具弹性性质与粘性性质的粘弹性体，可以应用粘弹性理论分析[5]。针对图3所示的漏口面积随供水压力变化的关系，进行分析。
高中数学学习方法图3 漏点面积随水头变化示意Fig.3 Variation of the area of leak point with the change of water head
① 同一供水压力下，降压过程的漏损流量普遍大于升压过程的漏损流量。假定运行供水压力为h时，由于应变滞后效应，升压过程中的漏口面积总要小于无穷时间稳定态的漏口面积，降压过程中的漏口面积总要大于无穷时间稳定态时的漏点面积，即相同供水压力下降压过程的漏口面积要大于升压过程的漏口面积。按照孔口出流公式[1]，同一供水压力下降压过程的漏损流量大于升压过程。
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