球形检测器是供水管道漏失检测的重要技术装备,其在管道内部稳定运行会受到管内流体状态的影响,为保证漏失检测球能在有压供水管道底部平稳滚动,研究了球形检测器管内运动特性,分析了球体平直、倾斜管道内运动姿态。为漏失检测球结构设计和误差修订提供理论基础和技术支撑。本文研究内容如下:(1)文中针对球体在供水管道中的动力学特性进行了理论分析,研究了球体运动状态与管内流体状态各参数因素之间的关系,得出球体在平直管道和斜直管道受到的绕流阻力F_D、惯性升力F_L和力矩M与球体的法向压力F_N、管壁对球体的滚动摩擦力F_R、球体质心运动线加速度和球体转动角加速度的关系,给出了球体稳定运行条件,建立了供水管道中球体运动的受力模型。(2)研究了球体在平直管道和斜直管道受力数值模型,分析了球体周围流体流速与压力分布规律,建立了流体和球体相对速度与球体阻力系数、升力系数、力矩系数之间的关系模型,得出了当球体滚动角速度不变时,绕流阻力F_D、惯性升力F_L、力矩M随着球体和水流相对速度变化的函数关系。结果可知:在相同水流流速条件下,球体直径越大则受到的推力越大;在小球相同直径条件下,水流流速越大则受到的推力越大。球体在管道中所受推力与水流流速成二次函数关系。(3)基于前面理论研究基础,进行了以管道直径为500mm,漏失检测球直径为170mm,球体重量为251g(包含聚氨酯海绵球壳)的滚动实验。通过改变不同水流流速分析球体在管道中运动姿态和球体滚动与水流流速关系。实验表明:水流流速为0.3m/s、0.447m/s、0.511m/s、0.616m/s、0.749m/s时实验球在稳定滚动滑动阶段角速度数据发现,由实验获得的实验球稳定时的角速度与理论值的相对偏差在5%以内。通过对不同直径球体进行仿真和实验对比分析,得出球径范围在管道直径的三分之一左右较佳,球体运行较稳定。图64表8参62