百度文库 - 让每个人平等地提升自我
关于水头损失本源的水力学理论探讨
摘要：本文结合一系列真空管道输水工程，对“真空高速流”的流态进行了观测，讨论了其中碰到的主要水力学问题。指出空气阻力在现实工程中对于入管水流的均匀性、平稳性和水头损失等水力问题都有着明显的作用和影响。论述了液流粘滞性本源理论存在的误区和“真空流”出现后如何以全新目光看待液体能量损失问题。
关键词：真空高速流 水头损失 水力学 气阻 重力流 配水工程
⒈前言
水力学研究经历了漫长历程。初期的古典流体力学，在数学分析上系统、严谨，但计算结果与实验不尽符合。随着生产进展的需要，一些工程师和实际工作者，凭借实地观测和室内实验，得出经验公式，或在理论公式中引入经验系数以解决实际工程问题。前者偏理论重数学，后者偏经验重实用，但二者之间存在着一个难以磨合的能量损失问题，它的本源在哪里，它的数量有多大，成为基础水力学理论研究中的重要内容。为了解决理想概念给实际流体求解带来的困难，科学
1
百度文库 - 让每个人平等地提升自我
家们作出许多尽力，将研究的重点转移到液体粘性上，创建了边界层理论、紊流理论等，并在理想流体方程中添加粘性项使之适用于实际流体。液体的粘滞性概念应运而生，成为产生能量损失的最大本源。它的影响力在水力学研究中是相当深远的，几乎所有的流体工程，无论是设计施工仍是运行监测，都离不开对水头损失进行衡量与估算。
但是研究古典流体力学的数学、力学家们没有想到，在21世纪的今天，他们所论证的偏重于数学理论的理想流态模型能够在真空中存在，而且这种接近理想的流态一样能够普遍应用于各类大型的实际工程当中，它的水头损失大大降低了，“液体的粘滞性”几乎不存在了！这是一个惊人的发觉！笔者称这种新的流体输送形式为“真空高速流”， 简称为“真空流”。对于“真空流”这种特殊流体，国内外尚欠缺这方面研究文献，本文就是针对这一流体，介绍其形成概况、工程效益和对水力学理论的影响冲击，深切探讨水头损失产生的本源。
⒉真空流形成概况
“真空流”是按照类似于真空隧道列车能够达到1万千米/小时品级的高运行速度原理，在输水管内的某部位形成高速运行所必需的高真空，再利用工程水头（落差）势能的拉动牵引，将流体以更高的流速推动。输水工程的效率将在原来的基础上大幅度提高，配套直径
2
百度文库 - 让每个人平等地提升自我
300mm－3500mm，管道流体压力由于受局部高真空的影响，反而降低15%左右，形成“高速低压”状态，有利于保护整个管网。
具体实施进程如下：在水库或水厂高位水池上游的进水口处安装一台“潜水式无动力真空虹吸装置”，在坝体上铺设真空输水管道，管道必需高于水面、呈n字形向下游延伸或与原“重力流”管道串接，串接处安装控制阀门。通过真空液气互换箱对n字形局部管道充满水，使高于水面的管内形成真空。开启串接处及下游阀门，在大气压作用下，使水源源不断通过“潜水式无动力真空虹吸装置”进入到管内，上升到管道最高点而后下落，在水头势能的拉动牵引下流向下游，送往远程的输配水管网中，整个输水运行进程无需耗用电能。这台“潜水式真空虹吸装置”是整个真空管道输水工程中的核心部份，它犹如单向滤板，在进水口处完全阻断了空气的进入，只透过水流及其夹带的杂质、泥沙，在管道内部形成高度真空；自带的流体整流器，将进入的水流进行梳理，改变水的有旋流动为有势流动。水体通过滤气、整流，再通过真空部位，形成了超级理想的、运行无阻力的、完全充满整个管（网）道截面的管道均匀流。
“真空高速输水成套设备” 由潜水式无动力真空虹吸装置、流体整流器、真空液气互换箱、管道及阀门所组成，历经近20年的潜心研究，2001年被授予发明专利权，已成功实施于多项输水工程，输水距离不限，其流量、流速、压力、节能高于任何先进国家的输水设
3
关于水头损失本源的水力学理论探讨
