[发明专利]一种虹吸破坏试验研究系统

说明书

技术领域

本发明属于有关虹吸破坏的工程试验和科学研究领域。更具体地说，本发明涉及一种针对工程尺寸管路的可视化虹吸破坏试验研究系统。

背景技术

虹吸现象是生活中较为常见的现象，其原理是虹吸管中位于最高点的流体向低位流动，使得管中产生虹吸负压，从而产生稳定的液体流动，虹吸原理在建筑排水、市政排水、水利工程等各方面均有应用。然而，虹吸现象有时也会产生较为不利的影响，在特殊情况下，由于虹吸作用产生的稳定流动会使得水资源流失，而消防水或者灌溉水的流失更会造成严重的后果。在核电厂中，乏燃料池是长期储存反应堆乏燃料的场所，其中的含硼水起到冷却乏燃料以及保证核反应不再临界的作用，管道破裂导致的乏燃料池失水将会对核电厂产生极为不利的影响。

因此，消除虹吸现象产生的负压，破坏虹吸稳定流动成为了水箱管路设计中的重要环节。工程中经常采用在虹吸管吸水段开孔，或者将其与一定压力的容器相连的方法以破坏虹吸负压，虹吸破坏阀也是较为常见的工程设备。

然而，虹吸孔开设的尺寸仍无确定的计算方法，工程中普遍依据经验开设虹吸孔或选择虹吸破坏阀。若虹吸孔开设过小，虹吸负压无法破坏，管道中形成了稳定的气液两相流动，水箱液面仍旧会有较大的下降；若虹吸孔开设过大，管路结构刚性会变差，严重时可能导致水管在虹吸孔位置处弯折甚至断裂。

因此，需要对虹吸孔的尺寸，维持虹吸负压所需的液位高差，虹吸管内的气液两相流进行深入的分析与计算。由于虹吸管内的流动是因负压而产生的气液两相流，现今的数值模拟都无法保证其计算的准确性，而公开的工程管径的气液两相流试验数据也较为少见。

有鉴于此，需要一种虹吸破坏试验研究系统对虹吸破坏现象，负压产生的气液两相流进行更为全面有效的试验研究，对工程中遇到的经验无法解决的问题提供更好的理论依托。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种虹吸破坏试验研究系统。

虹吸破坏试验研究系统包括：台架主体，上水箱，下水箱，试验管路，回水管路，溢流排污管路，仪表及控制系统；试验时由于虹吸作用，所述上水箱的水流至所述下水箱，当液位下降到虹吸破坏孔以下时，空气被吸入所述试验管路，随着所述上水箱液位不断下降，吸入的空气所占的份额不断增加，直至虹吸现象结束，试验结束；其间，各压力信息、液位信息和流量信息被记入到采集系统内。

优选地，所述台架主体由钢制成，下部打有地基，支撑整个试验回路；所述台架总高度达到20米，流体流量达到1000吨/小时，试验对象管线直径可达到DN250；所述台架主体具有可供人员攀爬的爬梯及保护栏杆，设有防坠装置以保护人员安全；所述台架主体具有四层操作平台，一二三层供试验管路的拆装，顶层支撑上水箱，操作平台四周设有防坠栏杆。

优选地，所述上水箱由不锈钢制成，内部有不锈钢拉筋以保证强度，试验时盛满清水，液位没过试验管路水平段；所述上水箱装有磁翻板液位计，具有远传功能，可以将液位信号转化为试验采集系统所需的电压信号；所述上水箱内部有高度可调节的溢流挡板，可维持上水箱液面至一个稳定的位置；所述上水箱一面装有承压观察窗，可供人员观看或摄像机拍摄上水箱内部情况；所述上水箱具有延长水桶，内部可容纳所有试验管路，与上水箱焊接；所述上水箱延长水桶侧面具有压力测点，通过测得的压力可计算出上水箱液位的高度，并与试验数据采集系统相连；所述上水箱延长水桶内部具有吊耳，供水箱延长水桶拆装焊接使用。

优选地，所述下水箱由不锈钢支撑，内部有不锈钢拉筋以保证强度，试验时承接来自试验管路的清水。下水箱内部设有热电偶，用于采集水温；所述下水箱具有排水口及排水球阀。

优选地，所述试验管路由四只不锈钢管路组成，分别为DN80、DN150、DN200和DN250；按照其位置分为吸水段、水平段及下降段；所述试验管路吸水段位于上水箱内，包括潜水式流量计和虹吸破坏孔测试段。

优选地，所述虹吸破坏孔测试段具有不同直径的虹吸破坏孔，试验时选择一种直径的虹吸破坏孔，并使用抱箍和橡胶垫蒙堵其余虹吸破坏孔，虹吸破坏孔下方设有压力测点；所述虹吸破坏孔具有气体流量测量装置。

优选地，所述试验管路水平段伸出上水箱外，在与下降段连接弯头前设有排气球阀，供试验前排气，令试验回路中充满清水；所述试验管路下降段固定在各层台架上，由沿程水力摩擦测试段、可拆卸的高差控制段及孔板蝶阀段组成。

优选地，所述沿程水力摩擦测试段位于弯头以下水流稳定段，设有上下两个压力测点；沿程水力摩擦测试段可按照需求更换为亚克力透明段，设有电导探针探测管内气相体积分数，使用高速摄像机拍摄管内流态。