摘 要：供水（油）设备入口形成的旋涡，影响了流动状态，并直接影响流量，使输水（油）效率下降。为此设计出一组整流器，旨在消减旋涡的影响，并进行了实验。试验结果表明，本方法既可疏理流态，且可在实验的雷诺数范围内提高流量，初步达到预期目的。
关键词：整流器；旋涡；流量；雷诺数
0 引言
电厂、水厂及输油工地的输水（油）设备若采用重力流输送，在水流入口处都会产生旋涡。以“漏斗型”的输水管道入口为例（见图1），当水从管道中心流入管道口c时，入口处c周围的水汇集到入口处中心，速度为vr，以补充因水流而形成的空隙。由于地球的自转ω，在旋转坐标系中，有了相对速度vr，使水流产生哥氏加速度，形成了在北半球为顺时针方向的旋涡运动（南半球为逆时针方向）。旋涡运动的结果是：①渗入的空气，在管道某低压处析出并积累到一定数量，使管道不能满管运行［1］。自来水公司在管道中设置放气阀就是一例。②加大了紊流度，增大了沿程损失，从而降低了流量。笔者了解到，一些自来水公司为提高流量想了许多办法，但收效甚微。针对现存的问题，笔者做了初步的探索性实验，达到了提高流量的目的。
1 旋涡的产生
现以图1的漏斗型入水口为例，当水进入管道口时，周围的水向中心处流入，以补充原来的空隙，从上方沿轴ab往下看，可看到一个类似点潭的流动，与牵连运动合成就产生一哥氏加速度群（见图2），即：
（1）
速度方向由右手定则确定。各点的集合形成了一个顺时针方向的旋涡（从a点向下俯视）。根据毕奥——沙伐定律，越靠近旋涡中心，其速度越高，静压也就越低，从而渗入的空气越多。在水管某标高较大的地方，由于管中静压降低，这些溶入水中的空气形成饱和气析出，且累积在管中，使水不能满管流动，从而降低流量。另一方面，旋涡使水流在管中不是直线行进，而是以螺旋线方向为主的流动，无形中延长了行程（即比实际管道的长度还要长），增加了沿程损失。换句话说，当初尼古拉兹在做实验时是没有加整流器的，实验中水流的行程事实上要比实际管道长。加了整流器后，削弱了螺旋线的旋转度，也无形中减少了水流的实际行程，因而比原来减少了沿程损失。
2 试验装置简介
试验装置及管道布置如图3所示，整个试验装置的材料均为透明的有机玻璃，管道内径d＝30．3mm，上游水箱分别设置两种进水型式：（1）侧面进水的引水管；（2）底部进水的引水管。每种型式都分别设置有切割旋涡的整流器（见图4）、没有整流器、带喇叭口（见图5）以及直接进入等四种方式，并把供水管与下游水箱相连，中间装一台小水泵，让水循环，以保证供水水位不变。通过在水中加红墨水来实现流态显示，对典型断面中心点采用清华大学研制的ldv激光测速仪进行瞬时流速测量，并采用jsp—1信号处理器及相应的计算机软件对流速测量结果进行处理和分析。整流器设有四种，分别为6、24、32、54的网格数，用字母a、b、c、d表示。图4所示为网格数为24切割旋涡的整流器。
3 试验结果
3．1 流量q测量结果
3．2 流态观察
流态观察采用在各进水口处引入细细的红墨水，分别在各种工况中使用，肉眼即可观察到，加整流器后，流线变得平稳（录像效果更好）。至于激光测速，在下游选定的断面上进行轴向脉动速度均方
且
现以侧面进水为例，其测量结果见表2。
从试验结果表1、表2及流态观察可以看出，加整流器后，旋涡的效应被削弱，虽然增加了部分的局部损失，但整体综合阻力系数下降，流量增大。另外不论有没有整流器，装上喇叭口，也使流量和流态有微小的改善。
4 讨论
由本实验结果看出，为克服旋涡影响，想方设法增加流量的目标，从理论上是初步达到了。当配备整流器a，其增量达5．25％～5．5％，这时的实验雷诺数范围在3．5×104至5．4×104之间。虽然实验的雷诺数偏小，实验中的流量只在每秒几升的数量级，但是同样的雷诺数，如用在石油输送，由于石油在常温下，其运动粘性系数γ＝0．615，而水的运动粘性系数γ水＝0．0101，前者比后者高约60倍，根据流体力学的相似律，可以确信，用在输油上，在同样的试验雷诺数范围下，可以达到每秒百升的工作流量，其初步成果5％的增量是相当可观的，这给我们展现了一幅乐观的前景。然而本试验设备还是较简陋的，为更好地了解整流器的工作原理，还须作进一步研究。
参考文献：
［1］关怀民．关于长距离输水技术的几点设计体会［j］．给水排水技术动态，1996（4）：40－42．
