200立方米每小时水泵提升式调量池建模与设计毕业设计论文.doc

《200立方米每小时水泵提升式调量池建模与设计毕业设计论文.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《200立方米每小时水泵提升式调量池建模与设计毕业设计论文.doc（59页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、200立方米每小时水泵提升式调量池建模与设计摘要污水处理要求运行平稳，各种运行参数都好控制，以降低运行成本。在此过程中，调节池的作用尤为突出。调节池是指调节水量和水质的构筑物，它的作用是对水量和水质的调节，调节污水pH值、水温，有预曝气作用，还可以用作事故排水。本课题通过改进已建立的泵提升式调量池的数学模型进一步研究进水量发生变化时调量池水位以及泵的出流量随时间的变化过程。通过实体模型实验研究数学模型中涉及到的、可能对泵的出流量产生影响的因素，并验证推导的数学模型的可行性。本课题通过实验和模拟得出的结论，对现有池型进行改造和分析，发现可能存在的问题，并提出改进措施，完成泵提升式调量池的优化设计

2、。根据实验结果，得出以下结论：（1）建立了进水量发生变化时调量池水位以及泵的出流量随时间的变化的数学模型；（2）调量池的水位与管道S值是影响泵出流量的重要因素；（3）根据数学模型，工程实际中应使泵在其高效段出水；（4）工程实际中泵提升式调量池的池底面积尽可能大一些；（5）根据数学模型表达式是否有意义可以估计泵提升式调量池可以调节的水量范围。关键词：泵提升式调量池、水量波动、稳定出流、数学模型、仿真模拟AbstractSewage disposal requires smooth operation and all kinds of operation parameters are under

3、good control in order to reduce operation cost. During the process, the role of regulating pondage is excessively outstanding. Regulating pondage is one kind of structure that can be used to regulate water quality and quantity, sewage pH value, water temperature and preaeration. It also can be used

4、to accident drainage. By improving the mathematical model of pump ascension adjustable volume pool that has been established, we research the change process of water level and pump discharge when the water inflow varies from the time. Through entity model experiment we research factors that possibly

5、 affect the pump discharge that is related to the mathematical model. And we also validate feasibility of the mathematical model. According to the conclusion from experiment and simulation, we can analysis and improve existing pool type, find potential problems and propose improvement measurements i

6、n order to complete optimal design of pump ascension adjustable volume pool.According to the result of experiment, the conclusions are as follows: (1) We have established a mathematical model that describes the change process of water level and pump discharge when the water inflow varies from the ti

7、me.(2) The water level of adjustable volume pool and S value of the tunnel are the important factors that can affect pump discharge;(3) According to the mathematical model, in the project, the pump should work in efficient stage。(4) In the project, the bottom acreage of adjustable volume pool should

8、 be as big as possible.(5) According to whether the mathematical model is meaningful, we can estimate the flow range that the adjustable volume pool can regulate.Keywords: pump ascension adjustable volume pool; water fluctuations; stability of the flow; mathematical model; analogue simulation目录摘要11.

9、绪论51.1.世界水资源现状51.2.我国水资源现状及水污染治理51.3.调节池的研究背景51.4.调节池的研究现状61.4.1.调节池有效容积的计算61.4.2.调节池水力特性的研究81.5.调节池的分类101.5.1.水质调节池101.5.2.水量调节池111.6.课题研究内容和意义132.泵提升式调量池数学模型的建立152.1.数学模型与数学建模152.2.调节池的数学建模152.3.泵提升式调量池数学模型的建立163.泵提升式调量池实体模型实验213.1.实验目的213.2.实验原理213.2.1.离心泵装置的工况点213.2.2.离心泵出水流量的改变233.3.实验装置与实验器材24

10、3.3.1.实验器材的选用243.3.2.实验所需材料表253.3.3.实验装置的连接263.4.实验准备273.5.具体实验部分273.5.1.初始进水量下泵的工况点的测定273.5.2.静扬程的变化对泵出流量的影响323.5.3.管道闸阀调节对泵出流量的影响383.5.4.进水流量呈矩形波变化时调量池水位与泵出流量的变化情况453.6.基于LabVIEW的仿真模拟483.6.1.LabVIEW及其在工程上的应用483.6.2.使用LabVIEW模拟进水流量呈矩形波变化时泵出流量随时间变化的关系493.6.3.使用LabVIEW模拟调量池面积变化时泵出流量随时间的关系50结论和建议52致谢5

11、4参考文献55英文翻译561. 绪论1.1. 世界水资源现状 地球的储水量是十分丰富的，其总量约138亿km3，适宜人类享用的仅为0.01。20世纪50年代后，全球人口急剧增长，工业发展迅速。一方面，人类对水资源的需求以惊人的速度扩大；另一方面，日益严重的水污染蚕食大量可供消费的水资源1。随着社会的发展，世界许多地方人均用水不足的问题日益恶化，水资源正在因为世界人口增加、环境污染和气候变化而逐步减少，全球水危机将达到空前的水平2。因此，世界各国应联合起来,共同应对这场迫在眉睫的水危机3。解决全球水危机问题刻不容缓。1.2. 我国水资源现状及水污染治理 我国是世界上严重缺水的国家之一。据统计，我

12、国人均水资源占有量不足2200 m3，不到世界人均水资源占有量的14，全国600多个城市中有400多个供水不足4。水资源的污染更是惊人。据了解，全国每年直接排人江河的废水达360亿t，50的水源因污染不能饮用。七大水系中黄河、松花江、辽河三大流域污严重：四大海区中渤海、东海污染严重。全国七大江河水系及太湖、滇池和巢湖中，达到或优于地面水环境质量三类标准的河段只有369；水质为四类、五类的河段达631，其中劣五类水质达到377；大淡水湖泊和城市湖泊均为中度污染；75的湖泊富营养化加剧；一些城市地下水不同程度地受到污染4。 由于我国经济发展起步晚，整经济情况和法律保障都比较落后，中国水污染防治工作

13、长期都是以加强法制教育为主，经济处罚为辅。中国水污染防治，由分散治理为主。而现在，我国正将以前的治理模式转向集中控制与分散治理相结合，实行全程控制，清洁生产，由单一的浓度控制，转向浓度控制和总量控制相结合，由区域管理为主，转向区域管理与流域管理相结合的指导思想的转变5。1.3. 调节池的研究背景污水处理厂讲求运行平稳，各种运行参数都好控制，运行成本才能更低。若在运行过程中水质、水量随时间的变化过大，会给污水处理厂的正常运行带来困难。为了保证后续处理构筑物或设备的正常运行,需对废水的水质和水量进行调节。调节水量和水质的构筑物称为调节池。在工业废水的处理过程中，污水经过格栅后就会进入调节池，它属于

14、一级处理工艺，对于整个废水处理的效果起到重要的作用。然而，现在的大多数的工业废水调节池都只是一个摆设或者所起的作用微乎其微。大家没有完全意识到调节池所应该在的位置。研究表明，水质水量的波动是影响污水处理工艺出水水质的重要因素之一。在工业生产过程中，由于水质水量是随着时间的推移不断的发生变化的，这就需要我们通过科学的手段降低水质水量进入主要处理工艺时的变化波动，确保废水的处理效果。不仅仅工业废水水质水量是波动的，城市生活污水的产生也是随着人们生活习惯而发生变化的。用水高峰期时，污水的产生量就会增多，用水低峰时，污水出水量减少。这就对污水处理工艺的要求更加严格。现在的污水处理厂基本上没有设置调节池

15、的。污水通过格栅等物理处理后，进行生物化学处理，再进行消毒就可以进行排放。调节池按其功能可分为均量池、均质池、混合池（均质均量）三种。其调节作用大体可分为下面几点：（1）使污水的浓度与池中的水的组成相混合，减少水质波动过大对后续处理构筑物处理效果的影响。（2）储存多余的水量，补充缺少的水量。确保处理工艺的正常运行，防止缺水和水量过大的事故发生。（3）由于在调节池内有停留时间，所以污水在其中也发生了生物化学反应，从而降低了出水的污染质的浓度。从而提高了污水的处理效果。（4） 由于固体负荷越于稳定，因而可改善二沉池出水水质以及浓缩性能，使滤池反冰洗周期更加均匀。（5）对于曝气搅拌型的调质池还起到预

16、曝气的作用6。1.4. 调节池的研究现状目前学术界对调节池的研究较少，主要集中在调节池有效容积的计算上以及研究调节池对水质水量的调节效果上。现在结合数学模型研究上述问题已经成为一种普遍趋势。1.4.1. 调节池有效容积的计算确定调节池的最小有效容积是调节池工艺计算的主要内容。这个池容是在完全混合条件下的理论计算值,其大小由水质、水量的不均匀特性和后续工艺对水质及水量均化的要求决定。给出水质均化池最小有效容积的计算方法其意义不仅在于它对工艺设计中确定水质均化池容积是必要的;并且计算所得出水水质的时序数据,还可作为后续工艺进水的时序数据和工艺模拟的基础。水质均化池有效容积的传统计算方法主要有直观计

17、算法、概率统计法和有限差分法等等。下面简单的介绍一下这些方法： （1）直观的计算方法现行水质均化池容积计算方法一般是:取浓度较大的若干时间段内进水体积之和作为理论容积,取这段时间内废水的平均水质数据为其均化出水的水质指标最大值;在确定水质均化池的实际设计容积时,要考虑到池中废水流态不能完全符合瞬间完全混合的理论假设,对理论计算容积作经验校正后即得设计所需均化池实际容积。从总体上看,现行设计方法属于直观简便的方法,由于它没有体现出废水流量和浓度大小变化特征及水质水量变化特殊趋势的相互关联这两个基本因素,因而致使直观的方法很难做到合理地确定水质均化池容积。（2）其它均化池容积计算方法概率统计法:当

18、废水流量接近常数且废水水质为随机分布时可用概率统计方法确定均化池的池容。显然,废水的不均匀特性符合一定随机规律的情况是不多见的,因此概率统计方法的适用范围较小。有限差分法:在连续流完全混合条件下,各种不均匀特性的废水进行定容积均化或变容积均化时,可对其混合过程数学模型用有限差分法求解。使用求得的浓度迭代式,取不同的池容作多次尝试以考察浓度的均化程度是否满足要求,刚好能满足要求的池容即为均化池最小有效容积。这两种计算方法都可以更稳定且准确地算出水质均化池的理论容积。可以通过建立数学模型的方法更简捷准确地计算调节池的有效容积。这种方法可以计算恒水位调节池和变水位调节池的有效容积。因为恒水位调节池不

19、具备调节水量的功能，与本实验无关，因此只介绍变水位调节池有效容积的计算。变水位水质均化池与恒水位水质均化池相比有两点不同:其一是池内存水体积是变化的;其二是出水按照水量均化的要求应是均匀的,流量为q。如图1-5所示。第i时段：进水第i+1时段：出水Vi，CiVi+1，Ci+1图1-1 变水位水质均化池时段变化示意物料衡算式: (1)整理,得: (2)和两个迭代式即为变水位水质均化池迭代计算数学模型。给出（i=0,1,2，n-1） ，,则由式(1) ,式(2) 迭代计算,可得7。1.4.2. 调节池水力特性的研究1.4.2.1. 直管式调量池一级数学模型目前已建立大气短管自由出流调节池的一级数学

20、模型。图1-6为典型的大气中短管自由出流调节池的示意图。在初始平衡条件下：进水量突然增加时，达到新的平衡条件：,水位维持在。两种水量平衡下的流量公式分别为： (1)、（2） (3)式中是短管特性参数。由式（2）、（1）得流量与水位的对比关系式为： (4)进水出水池面积图1-2 大气中短管自由出流调节池示意图调节池特征参数包括调节池的水深、面积、出水短管特性、调节时间等。取任意t时刻下。当突然增大时，调节池水位逐渐上升到H，取dt时间微元，设池的面积为，进水流量为,水位上升为dH，则调节池水量平衡的微分关系如下： （5）整理得出： （6）取初始条件t=0，H=H0，对式（6）积分： （7）整理得

21、出下式： （8） （9）其中低流量平衡时的进出水流量，；大流量调节过程中的进出水流量，；调节池、出水短管面积，；低流量、大流量平衡时调节池水位，；大流量调节过程中某瞬时水位、水位变化量，；出水短管阻力系数。公式（8）包含了调节池的所有特性参数，只取决于调量池和出水管的设计参数，对于已知的调节池为常数。公式（8）和公式（4）一起称为调节池特征公式8。本设计将建立泵提升式调量池的数学模型并通过实验验证数学模型。1.4.2.2. 已建立的泵提升式调量池数学模型此前张孝燕学姐在她的毕业设计论文中已经建立了泵提升式调量池的数学模型。其表达式如下：9其中 但是，这个模型所得的曲线与实验所得的曲线有较大的差

22、异，可能不适用于工程实际。因此，在本课题中，我将重新推导泵提升式调量池的数学模型。1.5. 调节池的分类调节池主要分为水质调节池、水量调节池和混合调节池三类。其中混合调节池兼具水质调节与水量调节的功能。这里重点介绍前两类调节池。1.5.1. 水质调节池在水污染治理系统工程中，为了缓解因为水质变化过大而对后续处理构筑物造成的影响，需要设水质调节池。常用调质池又分为普通水质调节池和穿孔导流槽式水质调节池。普通水质调节池可写出物料平衡方程： 式中 Q 取样间隔时间内的平均流量； C1 取样间隔时间内进入调节池污物的浓度； T 取样间隔时间； C0 取样间隔开始时调节池内污物的浓度； V 调节池容积；

23、 C2 取样间隔时间终了时调节池出水污物的溶度；假设在一个取样时间内出水浓度不变，将上式变化后，每一个取样间隔后的出水浓度为当调节池容积已知时，利用上式可求出各间隔时间的出水污物浓度。 对于穿孔导流式调节池：同时进入调节池的废水，由于流程长短不同，使前后进入调节池的废水相混合，以此来均和水质。这种调节池的容积可按下式计算：考虑到废水在池内流动可能出现短路等因素，一般引入的容积加大系数。则上式应为：水质调节池的形式除上述矩形的调节池外还有方形和圆形的调节池。1.5.2. 水量调节池在水污染治理系统工程中，为了缓解因为水量变化过大而对后续处理构筑物造成的影响,需要设水量调节池。常见的水量调节池如图

24、1.3所示。进水为重力流,出水用泵抽升,池中最高水位不高于进水管的设计水位,有效水深一般为2-3cm。最低水位为死水位10。图1-3 水量调节池常见的水量调节池有以下几种：（1）直管式调量池 直管式调量池的示意图如图1-2所示。图1-4 直管式调量池直管式调量池的工作原理：当来水量大时通过溢流墙来保证出水水头的稳定，当来水水量较小时利用虹吸原理，保证出水水头恒定，从而稳定出水流量。（2）泵提升式调量池 泵提升式调量池的示意图如图1-3所示。 泵提升式调量池中，池子本身仅起到储存原水的缓冲作用，它是依靠泵的工况点的改变来调节流量的。进水流量出水流量图1-5 泵提升式调量池（3）浮筒式调量池 浮筒

25、式调量池的示意图如图1-4所示。图1-6 浮筒式调量池浮筒式均量调节池是利用出水孔口固定浸没深度的自由出流的流量为恒定的这一原理而设计的调量池，其流量的大小可以通过改变孔口面积和浸没水深调节。1.6. 课题研究内容和意义本课题的研究内容主要如下：（1） 建立进水流量呈阶跃变化时泵提升式调量池水位、出流量随时间变化的数学模型；（2） 通过实体模型试验研究数学模型中参数变化对泵出流量的影响，得到实测曲线，并与数学模型相比较；（3） 通过LabVIEW模拟进水流量呈连续阶跃变化时泵的出流量随时间的变化曲线，验证数学模型在此条件下的可行性；（4） 根据数学模型和实验结果分析可能影响泵提升式调量池调量效

26、果的各因素，提出工程实际中调量池的优化设计方案。通过本课题的研究，得出可靠的泵提升式调量池数学模型，能够更好地了解这种调量池的水力学特征，为实现调量池的优化设计打下基础。2. 泵提升式调量池数学模型的建立2.1. 数学模型与数学建模 数学模型是针对参照某种事物系统的特征或数量依存关系，采用数学语言，概括地或近似地表述出的一种数学结构，这种数学结构是借助于数学符号刻划出来的某种系统的纯关系结构。从广义理解，数学模型包括数学中的各种概念，各种公式和各种理论。因为它们都是由现实世界的原型抽象出来的，从这意义上讲，整个数学也可以说是一门关于数学模型的科学。从狭义理解，数学模型只指那些反映了特定问题或特

27、定的具体事物系统的数学关系结构，这个意义上也可理解为联系一个系统中各变量间内的关系的数学表达。数学模型所表达的内容可以是定量的，也可以是定性的，但必须以定量的方式体现出来。因此，数学模型法的操作方式偏向于定量形式。数学建模就是用数学语言描述实际现象，是实际事物的一种数学简化。建立数学模型的过程，是把错综复杂的问题简化、抽象为合理的数学结构的过程。要通过调查、收集数学资料，观察和研究实际对象的固有特征和内在规律，抓住为题的主要矛盾，建立起反映实际问题的数学关系，然后利用数学的理论和方法去分析和解决问题。建立数学模型的要求：1、真实完整。 1）真实的、系统的、完整的反映客观现象； 2）必须具有代表

28、性； 3）具有外推性，即能得到原型客体的信息，在模型的研究实验时，能得到关于原型客体的原因； 4）必须反映完成基本任务所达到的各种业绩，而且要与实际情况相符合11。 2、简明实用。在建模过程中，要把本质的东西及其关系反映进去，把非本质的、对反映客观真实程度影响不大的东西去掉，使模型在保证一定精确度的条件下，尽可能的简单和可操作，数据易于采集。 3、适应变化。随着有关条件的变化和人们认识的发展，通过相关变量及参数的调整，能很好的适应新情况。数学模型在环境工程中有着广泛应用，比如说可以建立一个数学模型用来评估饮用水水源污染对当地居民的影响12。2.2. 调节池的数学建模水污染治理系统一般由多级不同

29、的环境装置串接在一起，净化特定的受污染对象。要进行某一具体系统的设计与仿真，就要建立符合实际情况的数学模型。这类模型可以分为两类：水量平衡模型和污染物降解动力模型，前者是后者的基础。在过去的理论研究和工程设计中，一般假定水量调节后的出水是稳定不变的，或者根据水质均化需要反推水量调节。实际上，由于冶金行业污水流量大（2000-4000m3h），无法按水力停留时间10-12h设计水量调节一类处理构筑物。而且，调节池出水泵组的流量也是频繁而大量波动的，从而导致原来的计算结果远离运行结果。建立水量平衡模型的根本目的在于，认识水量变化规律，寻求降低变化幅度的途径13。水质数学模型(简称水质模型) 是水体

30、中污染物随空间和时间迁移转化规律的描述,是一个用于描述物质在水环境中的混合、迁移过程的数学方程,即描述水体中污染物与时间、空间的定量关系。现在模拟水质参数时间、空间分布的数学模型已经作为科学和管理工具被广泛应用14。污染物质在水体中的运动变化包括平流输移、分散作用输移、反应衰减、底泥与水体之间的相互作用、复氧等15。2.3. 泵提升式调量池数学模型的建立图2-3为泵提升式调量池的示意图。进水出水池面积图2-1 泵提升式调量池示意图 开始时调量池的进水流量等于出水流量,调量池的液位保持不变，称其为初始液位。当某时刻进入调量池的流量突然发生阶梯形变化，即进水流量由突变为。那么需要一段时间进出水量才

31、能重新达到平衡，设这段时间为t。此时调量池水位维持在。则有 （1）由泵的出流量公式，则有 （2）设下级处理构筑物自由液面高度为，则 （3） 其中调量池水位则（2）式可替换为 （4）由（1）、（2）、（4）得 （5）公式（5）反映的是在不同进出水量的平衡条件下，流量与调量池水位间的比例关系。但是它反映的只是两个不同的平衡状态下特征值之间的相互关系，不能反映从一个平衡状态到另一个平衡状态的变化过程。现在我们就分析这个变化过程。推导的数学模型假设条件如下:(1) 调量池的进水流量是阶跃变化的；(2) 泵运行稳定且是在其Q-H曲线的高效段出水的；(3) 下级处理构筑物自由液面高度是不变的；(4) 数学

32、模型中的所有的参数、变量均不受温度、湿度等环境因素的影响。设调量池池底面积为,某时刻进水流量由阶跃至，经过一段时间调量池的水位上升到H，在这段时间内取时间微元dt，在dt时段内调量池水位上升了dH。 则根据水量平衡，即调量池内水体积的变化等于进出调量池的水量之差，因此有 （6）整理得两边积分得左边=右边=综上有令则有 （7）（7）式反映的是平衡过程中，调量池水位同时间的关系。泵的出流量公式 （8）则有整理,得代入(7)式中得 （9）（9）式反映的是平衡过程中,泵出流量与时间的关系。3. 泵提升式调量池实体模型实验3.1. 实验目的（1） 掌握泵特性曲线以及管道特性曲线的测量方法；（2） 研究静

33、扬程的变化对泵出流量的影响；（3） 研究阀门开启度对泵出流量的影响；（4） 绘制调量池水位和泵出流量同时间的关系曲线，与所得的数学模型相比较，验证推导的数学模型是否可行。（5） 分析进水为矩形波时调量池对水量的调节能力,即研究泵提升式调量池的消峰作用。3.2. 实验原理3.2.1. 离心泵装置的工况点（1）通过对离心泵特性曲线的理论分析与实际测定，可以看出，每一台泵在一定的转速下，都有它自己固有的特性曲线，此曲线反映了该泵本身潜在的工作能力。这种潜在的工作能力在现实泵站的运行中，就表现为瞬时的实际出水量（Q）、扬程（H）、轴功率（N）以及效率（）值等。我们把这些值在Q-H曲线、Q-N曲线、以及

34、Q-曲线上的具体位置，称为该泵装置的瞬时工况点，它表示了该泵在此瞬时的实际工作能力。（2）图解法求离心泵装置的工况点 离心泵装置工况如图所示。画出离心泵样本中提供的该Q-H 曲线，再按公式，在沿的高度上，画出管道损失特性曲线，两条曲线相交于M点。此M点表示将水输送到高度为时，泵供给水的总比能与管道所要求的总比能相等的那个点，称它为该泵装置的平衡工况点（也称工作点）。只要外界条件不发生变化，泵装置将稳定地在这一点工作，其出水量为,扬程为。 图3-1 离心泵装置的工况QHMh（3）数解法求离心泵装置的工况点离心泵装置工况点的数解，其数学依据是如何由泵及管道特性曲线方程中解出Q和H值，也即由下列两个

35、方程式中求解Q、H值。现在确定函数关系。现假设水泵厂样本中所提供Q-H曲线上的高效段，可用下列方程的形式来表示，即式中 泵的实际扬程； 泵在Q=0时所产生的虚总扬程； 相应于流量为Q时，泵体内的虚水头损失之和，； 泵体内虚阻耗系数； m指数。对给水管道一般m=2或m=1.84现采用m=2，则得图2-2为上式的图示形式。它将泵的高效段视为曲线的一个组成部分，并延长与纵轴相交得值。然后，在高效段内任意选取两点的坐标，代入上式则有对于一台泵而言：因、均为已知值，故可以求出值，继而求出值。则有即当一定时，即可求出泵相应工况点的流量和扬程【16】。0HHQ图3-2 离心泵虚扬程3.2.2. 离心泵出水流

36、量的改变 既然离心泵装置的工况点是建立于泵和管道系统能量供求平衡的关系上，那么，只要两种情况之一发生改变时，其工况点就会发生转移。这种暂时的平衡点，就会被另一种新的平衡点所代替。在定速运行的情况下，离心泵装置工况点的改变，主要是管道系统特性曲线发生改变而引起的【】。在本实验中，泵的工况点的改变引起了泵出流量的变化。由于泵本身的型号，泵运行的实际转速都是固定的，因此只可能是管道系统特性曲线的变化引起了工况点的改变。而管道系统特性曲线的变化主要是由调量池水位变化或者管路中闸阀调节引起的。调量池水位发生变化时，泵的静扬程会发生改变，从而引起管道系统特性曲线的改变；使用闸阀调节时，阀门开启度小时，管道

37、局部阻力增加，S值增大，管道系统特性曲线变陡，泵装置出水量减少，阀门开启度增大时则反之。综上所述，本实验研究调量池水位变化和管路中闸阀调节两个因素对泵出水的影响。3.3. 实验装置与实验器材3.3.1. 实验器材的选用（1） 本实验中的调量池采用已制作好的水池，其外形尺寸为：长宽高：1250800600 mm，包括保护高度100mm；（2） 在实验前先检查池子是否漏水，若有漏水现象发生，使用塑料焊条重新焊接；（3） 供水的高位水箱水位必须保持不变，这样流量才会稳定，可以通过溢流管来实现；(4) 高位水箱由水龙头供水，当水龙头供水量小于水箱的出水量而使水箱水位不能保持时，用两个水龙头进水；（5）

38、管径的确定，本实验进出水管均采用PVC塑料管。 调量池有效容积为：1250800500=0.5，水力停留时间取1h，则进水流量为，调量池的断面流速为实验选用DN20,内径为16mm的PVC管，则管内流速为因此采用DN20的PVC管是符合要求的。（6）泵的选用使水箱水位保持溢流管高度，将水箱的两个出水阀门全开，用量筒和秒表测得水箱的出水流量。测得的流量约为365mL/s。因为本实验的研究的是泵的出水量与调量池进水量在后者突变后由初始平衡状态逐渐达到新平衡状态的过程，因此泵的流量应该大于365mL/s。此外，因为在实验中泵的出水阀门一般不是全开的，所以实验所需泵的流量相对于365mL/s的流量值还

39、应有较大的富余。综上，我选用的是15G0.5-6型泵，其相关参数如表2-2所示：表3-1 15G0.5-6型泵技术参数功率（W）电压（V）频率（Hz）转速（r/min）额定扬程（m）最高扬程（m）额定流量（）最大流量（）902205028606-12100.51（7）水泵工作扬程的测量 在实际应用中,泵的工作扬程可由下式计算:其中分别表示承接点压力表、真空表的读数换算的水头。因此，在泵前与泵后分别安装一个真空表与压力表以测量泵的扬程,方法详见具体实验部分。（8）调量池水位的测量 原先计划在调量池后利用三通接一根测压管来测调量池水位,但一方面调量池到测压管之间的水头损失计算可能有较大误差,另一方

40、面在管路上接泵后,因为泵前会有一个真空度,会使测压管的液位不稳定,因此实际实验中放弃了这一想法。为了完成对调量池液位的测量,我使用一个侧壁透明的池子作为实验用水池,这样可以用钢尺直接测量而同时避免因不能平视而造成较大误差的问题。（9）泵出流量的测量 原先计划用超声波流量计来测量泵的出流量，但经过实验验证,超声波流量计在测量小管径的流量时误差很大,因此用秒表和量筒测定流量。3.3.2. 实验所需材料表 实验所需材料如表2-2所示。表3-2 实验材料表序号名称型号数量单位1PVC管DN20若干m2透明玻璃管L=1500mm1根3直通DN203个4球阀DN204个590弯头DN204个6直三通DN2

41、03个7压力表0-0.16 MPa1个8真空表-0.1-0MPa1个9秒表1个10水泵15G0.5-61台11软管DN20若干m12防水胶带2卷13PVC粘合胶水1瓶14量筒1000mL1个3.3.3. 实验装置的连接（1）实验装置连接示意图如图2-4所示；（2）高位水箱由水龙头通过软管供水，水箱有两个出水孔，接两条进水管路，两条管路上均装有球阀，两条水箱出水管与调量池进水管由三通连接；（3）压力表的安装 在泵出水管的出水口接一个三通，将压力表的底座缠上防水胶布插入三通中，保证管道密闭不漏水。（4）水泵的连接 实验所用泵的进出口内径为15mm，不能直接接PVC管，因此先在泵的进出口接头上套上软

42、管，并用管箍固定，再在软管上接PVC管。 高位水箱两条平行管路，均配有普通阀门出水口接测压管备用阀门，在实验中不出水时关闭，出水时全开真空表压力表图3-3 实验装置连接示意图3.4. 实验准备实验准备即事先考虑到实验过程中可能遇到的问题后制定的相应的解决方案。（1）水箱进水问题 高位水箱通过水龙头经软管供水，若水箱高度过高，水龙头水压可能不足以将水送至水箱，此时考虑用泵将水抽送上去。 另外，也可能存在水龙头与水箱距离过远的问题，此时可将两条软管用PVC管连接，并用铁丝或管箍固定。（2）调量池进水流量过大,水龙头提供的水量不足以保持高位水箱液位不变 可能原因：短管自由出流的作用水头过大使得水箱出

43、水流量过大；也可能是水龙头水流量不够大。 解决方案：裁掉一部分溢流管，降低水箱水位；或者裁掉一部分水箱出水管段，减小水箱水面与调量池进水管之间的高差；水龙头水量不够时可以用两个水龙头接进水管给水箱供水。3.5. 具体实验部分3.5.1. 初始进水量下泵的工况点的测定3.5.1.1. 泵Q-H曲线的测定（1） 按实验装置连接图连接实验管路；（2） 打开水箱出水阀门放水，其余阀门全开，待调量池达到一定的水位后开始测量；（3） 将泵的出水管阀门关闭，开泵，读出此时真空表与压力表的读数，数据记录在表3-3中；（4） 逐渐加大泵出水管阀门的开启度，使用量筒和秒表测量泵的出水流量，测三次取平均值，注意测量每一组数据前，调节水箱出水管的开启度使调量