[發明專利]一種管道水力摩阻的快速評價方法

有效

• 申請號: 201710072656.8
• 申請日: 2017-02-10
• 公開（公告）號: CN106777830B
• 公開（公告）日: 2017-12-19
• 發明（設計）人: 劉之平;郭永鑫;楊開林;郭新蕾;付輝;李甲振;王濤;夏慶福
• 申請（專利權）人: 中國水利水電科學研究院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京國林貿知識產權代理有限公司11001
• 代理人: 李桂玲,李富華

技術領域

本發明涉及一種管道水力摩阻的快速評價方法，是一種水工參數的測評方法，是一種對水工管道內壁摩阻測評的方法。

背景技術

管道水力摩阻系數是流體輸送工程設計的重要技術參數之一，其取值的結果直接影響水力計算成果的精度。水力摩阻系數的精確測量和合理取值對于長距離輸水工程、城市給排水工程、農業灌溉工程，以及石油輸送等管道工程的總體布局、設計規模、設備選型、運行管理、以及節能減排具有重要的意義。

工程常用的水力計算公式為達西-魏斯巴哈（Darcy-Weisbach）公式，

式中：h_f—管道沿程水頭損失（m）；λ—水力摩阻系數，或沿程水頭損失系數；D—管道內徑(m）；L—管段長度（m）；V—管道平均流速（m/s）；g—重力加速度（m/s²）。

水力摩阻系數λ計算通常采用柯爾勃洛克–懷特（Colebrook-White）公式

式中：k—當量粗糙度(m)；Re—雷諾數，計算公式為；ν—水的運動粘滯系數(m²/s)。

該式的適用雷諾數范圍廣，且與實際商用管道的阻力試驗結果吻合良好，被工程師公認為是計算水力摩阻系數的標準公式。

柯氏公式中當量粗糙度k綜合反映了管道內壁糙粒及各種因素對沿程損失的影響，一直以來主要通過流體試驗測定高雷諾數下管道的沿程損失，并按水力摩阻系數λ折算為同直徑的尼古拉茲粗糙管的糙粒高度，認為該糙粒高度與管道內壁不規則粗糙微元的平均尺寸接近，此即當量粗糙度k，但流體試驗需要固定的實驗場地和檢測平臺，且耗費較多的時間和費用，不適用于大口徑管道的檢測。

發明內容

為了克服現有技術的問題，本發明提出了一種管道水力摩阻的快速評價方法。所述的方法使用現有機械加工中使用的各種觸針式表面粗糙度檢測儀器，通過改造的測量過程對管道內壁的粗糙度進行測量，快速獲得管道的水力摩阻系數。

本發明的目的是這樣實現的：一種管道水力摩阻的快速評價方法，所述方法的步驟如下：

初步估算的步驟：用于估算被測管道的粗糙度輪廓的算術平均偏差的估算值R_aEitimate、粗糙度輪廓的最大高度的估算值R_zEitimate；

選取測評取樣長度和測評評定長度的步驟：用于根據R_aEitimate、R_zEitimate或粗糙度輪廓的算術平均偏差的測評值R_ae和粗糙度輪廓的最大高度的測評值R_ze選取測評取樣長度lr_e或測評測量長度ln_e；

測評檢測的步驟：用于按照測評取樣長度lr_e沿被測管道軸線對被測管道內壁進行測評檢測，得到一組R_ae、R_ze值；

評估取樣長度是否在適當范圍內的步驟：用于對該組R_ae和R_ze的數值進行評估，其數值是否在測評取樣長度lr_e或測評測量長度ln_e所對應的粗糙度輪廓的最大高度值R_a和粗糙度輪廓的算術平均偏差值R_z值范圍內；如果“是”則確定該組R_ae和R_ze的數值為預選的R_a和R_z值，并進入下一步驟，如果“否”則回到“選取測評取樣長度和測評評定長度的步驟”；