真空排水系统水力参数及关键设计的研究

论文摘要

真空排水系统作为一种新兴的排水技术,是对传统重力排水系统的有利补充。国外真空排水系统的理论研究和工程实践相对成熟,而国内关于对真空排水系统的基本理论、设计方法的研究并不充分。因此,对真空排水系统水力参数及其他关键设计的研究具有积极的理论和工程意义。本文首先指出了影响真空排水系统方案选择的环境、技术以及经济等参考因素,以及选定后的工作流程和设计步骤;探讨了系统设计流量以及干管管径的确定方法;指明了不同压力下气液比的定义以及设计方法,并且推导出了系统能耗主要来自真空泵,气液比越大,系统能耗越大;基于系统的不同状态,将真空管网压损分为静态提升损失、动态提升损失和摩擦损失,并且分析了各种压损产生的机理以及应满足的条件;分别基于单相流、均相流、漂移流和分相流模型,总结和推导出修正海增威廉公式、A-H法、杜克勒法以及段金明法四种真空管道摩擦损失的计算方法;实验表明,国外经典的修正海增威廉公式更接近实验结果,其二次相系数随着气液比的增加而增加。结合国内外理论研究和工程经验,从管道的纵断面设计、具体的管道连接方式等方面总结了真空排水管网具体敷设时的关键技术。基于真空管网穿过障碍物传统设计真空损失过大的弊端,提出了新型的设计方法。最后,介绍了真空站的设计原则。根据真空发生装置的不同,将真空站分为三种类型,并对真空泵式真空站和凸轮泵式真空站的性能特征做了比较。分析了典型真空站设备的工作原理,进一步引出其设计参数的理论推导,指出了设备选型应参考的原则。同时,以一个室外真空排水项目为依托,详述如何运用本文提供的设计方法进行系统参数设计和设备选型。计算结果成功验证了本文提出的设计方法在实际项目中的指导性和可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的研究背景和意义
• 1.2 真空排水系统简介
• 1.3 国内外研究概况
• 1.4 论文组织结构
• 2 真空排水系统方案选择及设计流程
• 2.1 方案选择
• 2.2 设计流程
• 2.3 本章小结
• 3 真空排水系统水力计算
• 3.1 设计流量
• 3.2 气液比
• 3.3 真空管网压力损失
• 3.4 本章小结
• 4 真空排水管网敷设的关键技术和设计
• 4.1 真空排水管网的整体布局
• 4.2 真空排水管道的纵断面设计
• 4.3 真空排水系统的管道连接
• 4.4 真空排水管道穿过障碍物设计
• 4.5 本章小结
• 5 真空排水系统真空站设计
• 5.1 真空站布局原则
• 5.2 真空站类型
• 5.3 真空站设备设计参数推导和选型
• 5.4 设计实例
• 5.5 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 全文工作总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 杜克勒程序
• 附录2 真空管道压损实验参数计算
• 附录3 真空管道压损实验实物照片