大学生创新创业训练项目结题汇报

改进型深筒式消力井消能效率的实验研究项目负责人：项目组成员：指导教师：学院：2021/5/91①教学质量与教学工程网上传完成的截图

②原申报书中的预期目标和工作进度

③小组成员分工介绍及工作现场照片

④研究方案、取得的成果和存在的问题

⑤经费使用情况

⑥课题延伸思考汇报主要内容2021/5/92①教学质量与教学工程网上传完成的截图2021/5/93②原申报书中的预期目标和工作进度预期目标：根据模型试验的结果，研究深筒式消力井井内水流流态，对实验测量数据进行分析，得到消力井消能效率的变化规律。研究的进度安排1、2014年4-5月：收集资料，查阅有关深筒式消力井消能效率的文献。2、2014年6-7月：对所研究问题进行理论分析，并初步提出实验方案。3、2014年9-12月：讨论确定实验方案，建立实验模型，通过室内模型试验观测深筒式消力井内各水力参数，计算消能率等。4、2015年1-4月：编写技术资料，撰写设计说明书，研究报告，研究心得体会。2021/5/94③小组成员分工介绍及工作现场照片小组成员分工介绍：2021/5/95③小组成员分工介绍及工作现场照片现场工作照片2021/5/96区域调水和跨流域调水是解决我国水资源时空分布不均和区域性缺水的重要途径之一。远距离输水方式有渠道输水和管道输水两种方式。管道输水形式与传统渠道输水方式相比，有节约工程量、减少投资、节水、保持水质不受破坏等优点。对于有压管道可选的消能方式有很多，主要有阀口消能工、螺旋流消能工、孔板消能工、深筒式消力井等。深筒式消力井是管道出口新型消能方式的一种，适用于高水头、小流量的输(放)水管道出口。完成文献查阅和资料收集4.1④研究方案、取得的成果和存在的问题2021/5/97深筒式消力井能有效消耗管道中多余的能量，但存在消能和水流平顺互相矛盾的问题。④研究方案、取得的成果和存在的问题2021/5/98（1）将高速水流在消力井内的翻滚区域与出流水流分离开来，在保证消能效果的情况下，使出口管道内水流更加平顺。改进型深筒式消力井具有以上的优点：（2）消力井内水面和平流稳压井内水面有一个高度差，这是溢流堰造成的水头损失，增加了整体的消能效率。（3）消力井的出口管道安装高度决定着其最大过流能力，该方案中的消力井出水管道可以安装在进口管道高程甚至更低，增加了消力井的过流能力。④研究方案、取得的成果和存在的问题2021/5/99实验设计示意图1地下水箱；2离心泵；3高位水箱；4进水管道；5消力井；6溢流板；7平流稳压井；8出水管道；9下游渠道；10三角量水堰；11地下蓄水池；12、13、14精密压力表；④研究方案、取得的成果和存在的问题

完成了实验方案设计和实验布置、场地的准备工作4.24.2.1实验方案设计2021/5/910

完成了实验方案设计和实验布置、场地的准备工作4.2④研究方案、取得的成果和存在的问题4.2.1实验方案设计试验设备参数表设备名称型号数量备注压力表MC陕制000001042个精度为0.05%流量计TDS-100P1个便携式自藕减压启动箱XTZ11-151个用于离心泵启动三角堰90˚1个用于测量流量卧式单级离心泵KQW-200/800-45/41个配套功率45KW，扬程28m三相异步电动机TYPEY2-225-M1个带动水泵运转闸阀1个可调节流量深筒式消力井1个可调节各种结构参数2021/5/911实验装置图

完成了实验方案设计和实验布置、场地的准备工作4.2④研究方案、取得的成果和存在的问题4.2.2实验装置和场地2021/5/9124.3.1深筒式消力井消能特性试验

测定深筒式消力井进、出水管流量，消力井前压力值及水头损失，同时测定井底测压孔的测压管读数、井内水深等水力参数，其主要目的在于对深筒式消力井的消能机理及消能效率进行研究。④研究方案、取得的成果和存在的问题

研究内容与实验设计4.34.3.2改进型深筒式消力井结构选型试验改变进水管道出口形式为多喷孔出水口，通过变化喷孔孔径、孔数、喷孔间距、开孔面积及布置形式，观测井内流态、测量井前井后压差等方法确定各参数之间的关系，确定最佳进水管道出口选型。

增设一个平流稳压井，对不同溢流堰高度的试验模型进行分析，探求消能效率与溢流堰高度之间的定量关系，从而获得改进型深筒式消力井最佳溢流堰高度的设计方法。2021/5/913主要试验变量1.喷孔的布置形式：梅花布置、并列布置、底部圆形布置。2.喷孔的孔径(mm)：5、10、18。3.流量(m3/s)：0.4、0.8、1.0、1.2、1.6。4.堰板高度(mm)：907、815、762、639、585。5.开孔率：100%、80%、60%、40%、20%。1.水深：主井、副井内水深；堰上水头及波动值；堰上水流射入副井的水舌深度。2.压力表：阀前、阀后读数。3.流量：三角堰读数。4.测压管：井底5个测压管及出水管道测压管的常见值、最大值、最小值、波动值及平均值等。所需测量数据④研究方案、取得的成果和存在的问题

研究内容与实验设计4.32021/5/9141闸板阀；2进水管道；3消力井身；4排气孔；5出水管道；6、7压力表；传统型深筒式消力井结及水流流程消能过程包括冲击消能和掺混消能，当水流通过进水管道进入消力井，射流和冲击工程中形成漩涡及其他复杂水流形态，产生能量耗散。消能过程自压出流过程水流在消力井内翻滚上升的过程中，当井内水深高于出口管道时，一部分水流会从出口管道流出。当进出口流量达到平衡时，井内水深会相对稳定在某一固定值，此时的消能过程可以近似认为是恒定流来进行研究。4.4.1深筒式消力井的消能机理4.4④研究方案、取得的成果和存在的问题主要实验结果2021/5/915试验结果不同流量下消力井的水头损失系数变化规律不同流量下消力井的消能率变化情况深筒式消力井水头损失系数和消能率随流量的增大而增大，但是增大到一定程度便趋于稳定。④研究方案、取得的成果和存在的问题4.4.2深筒式消力井的消能效率试验研究2021/5/916④研究方案、取得的成果和存在的问题4.4.2改进型深筒式消力井的水流流态4.4主要实验结果2021/5/917④研究方案、取得的成果和存在的问题4.4.3结构参数对水头损失系数的影响4.4主要实验结果

(a)梅花布置(b)并列布置不同孔径条件下水头损失系数变化规律(a)梅花布置(b)并列布置不同距径比条件下水头损失系数变化规律

无论什么进水管道出口形式下，水头损失系数都是随着流量的增大而增大，但增大到一定程度时，趋于稳定。试验结果2021/5/918④研究方案、取得的成果和存在的问题4.4.3结构参数对水头损失系数的影响4.4主要实验结果流量流量时水头损失变化规律试验结果在相对开孔面积保持不变的情况下，孔径大小对改进型深筒式消力井水头损失系数的影响不大；当距径比较小时，水头损失系数较大；但当距径比大于2.5时基本水头损失系数也基本保持不变。2021/5/919④研究方案、取得的成果和存在的问题4.4.3结构参数对水头损失系数的影响4.4主要实验结果不同布置形式下水头损失系数变化规律试验结果水头损失系数随孔径增大而减小的幅度不大，但是各种孔径的情况下梅花布置的喷孔的水头损失系数明显比并列布置的大。2021/5/920④研究方案、取得的成果和存在的问题4.4.4各类型深筒式消力井的水头损失系数、消能率的对比情况4.4主要实验结果不同型式深筒式消力井水头损失系数比较图结果分析：在小流量的情况下，仅增设平流稳压井的改进型深筒式消力井和增设多喷孔出水口的改进型深筒式消力井水头损失系数相差不大，但远大于传统型深筒式消力井，这说明，在小流量的情况下，能量主要在平流稳压井中消散，进水管道出口形式对水头损失系数的影响不大；在流量较大时，井增设平流稳压井的改进型深筒式消力井与传统型深筒式消力井的水头损失系数相差不大，但较增设多喷孔出水口的改进型深筒式消力井的水头损失系数要小，这意味着在大流量的情况下，能量的主要消散位置在多喷孔出水口处，由于处于淹没出流状态，所以主井与副井的水位相差不大，平流稳压井中能量消散较小。2021/5/921④研究方案、取得的成果和存在的问题4.4.4各类型深筒式消力井的水头损失系数、消能率的对比情况4.4主要实验结果不同型式深筒式消力井消能率K比较图结论：

改进型深筒式消力井消能率比传统型深筒式消力井消能率要高很多，证明这种改进方案能有效地提供一种消能效率更高的改进型深筒式消力井，并能应用于工程实际应用。2021/5/922⑤经费使用情况支出科目支出金额（元）用途1．图书、资料费200查阅资料和购买相关书籍费用2．模型加工费1000模型加工改造费用3．实验材