中文摘要：

管道列车水力输送是一种新型的管道水力输送方式，其能耗大小直接决定着该技术的可行性，并进而影响到该技术的推广应用。本项目主要对其输送能耗进行研究。主要内容包括管道列车运动特性的研究；管道列车不同直径条件下的水力特性研究；不同导流条安放角度对管道列车运动的水力特性研究；管道列车不同长度条件下的水力特性研究；不同的导流条长度对管道列车输送过程中的水力特性研究；通过试验，分析一定输送荷载条件下管道列车的运行速度、水流速度和能耗之间的关系，建立能耗与管道列车结构间的数学模型，并进行试验验证，寻求最佳的管道列车结构；进一步对管道列车的输送效率进行研究；同时对影响能耗的各影响因素进行敏感性分析。本项目的研究不仅丰富了螺旋流理论，而且为管道列车水力输送的推广应用提供技术参考。

结论摘要：

管道列车水力输送是一种节能环保的管道水力输送新技术。本项目主要对管道列车水力输送中特有的管道螺旋流水力特性及输送能耗进行了研究。通过研究发现管道列车的运行速度随导流条角度、导流条长度、管道列车直径和长度以及输送流量的增大而增大。通过理论分析并根据管道列车的受力特点，建立了管道列车的运动方程，并与试验结果进行了比较，最大相对误差不超过10%。不同直径和长度的管道列车运行到管道不同位置时，管道压力变化都沿程降低。只是不同管段、不同输送流量和不同运行位置，压力变化幅度不同。测试断面的压强随导流条长度的增加，表现出先减小后增大的趋势，其中导流条长度为0.5L的压强最小。测试断面的压强随导流条角度的增大而增大，且导流条角度对管道列车位于测试断面下游时水流压力的影响要比上游时大。不同直径和长度的管道列车运行到测试断面相同位置时，同一测试断面的流速分布情况不同。轴向流速随导流条长度的增加表现为先减小后增大再减小的趋势，而且当导流条的长度l=0.75L时，其轴向流速最大。周向流速随着导流条长度的增加表现为先增大后减小的趋势，且当l=0.5L时，其周向流速最大。径向流速随着导流条长度的增加表现为先减小后增大再减小的趋势，其中导流条长度l=0.5L时，其径向流速最大。管道列车位于测试断面上游时，测试断面的轴向流速和周向流速都随导流条角度的增大而增大；而当管道列车位于测试断面下游时，则恰好相反。测试断面径向流速的绝对值随导流条角度的增大而减小。在流量Q=40m3/h时，比较各型号管道列车的单位能耗情况，发现管道列车型号为θ=5°、h=15mm 、l=L、d=150mm、L=70mm时，其在整个管道系统运行过程中所消耗的单位能耗最小。而在流量Q=60m3/h时，则是管道列车型号为θ=5°、h=15mm 、l=0.75L、d=150mm、L=70mm时，其消耗的单位能耗相对较小。因此在不同流量工况下，最佳管道列车型号是不同的。在选择最低能耗时一定要与相应的设计工况相配套。通过理论分析与试验研究建立了管道螺旋流运动的数学模型，对管道列车在不同几何参数下的动边界管道螺旋流进行了数值模拟，并进行了试验验证。验证发现模拟结果的流速分布与试验所得到结果基本一致，最大相对误差不超过8.6%。说明模拟结果是正确的。本项目的研究丰富了管道螺旋流理论及其应用，为管道列车水力输送的进一步技术问题研究提供依据。