长输管线局部水力急变过程分析及瞬变流模拟

发布时间：2017-05-11 21:13

  本文关键词：长输管线局部水力急变过程分析及瞬变流模拟，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：长距离输水管道管线高程受地势影响,在局部高点设有通风口。正常运行时整个管道系统均为有压输水,当管道系统进行充水或流量调节时,通风口下游部分管段内流体可能变成无压流动,此时管道内部同时存在自由液面流与有压流两种状态的流体,并在其交汇处形成水跃,发生水力急变现象,致使管道局部压力突然升高,将这种工况下的管道系统称为自由液面/有压流混合管道系统。稳态工况下的自由液面/有压流混合管道系统内流体以三种形式存在:自由液面流、有压流以及水跃。本文分别对三种状态的流体建立基本方程,并对其水力参数进行数值求解。对自由液面流向有压流过渡位置的移动界面建立连续性方程,作为瞬变流模拟的内部边界条件。在管道下游添加一个阀门控制方程,利用特征线法对由于阀门突然运动产生的水力瞬变进行模拟计算。改变阀门闭合时间以及闭合度,进行变工况分析。本文所涉及到的数值方法均使用MATLAB软件编程求解,得到如下结论:稳定状态下的自由液面/有压流混合管道系统中,自由液面流无量纲深度Dh/随管道流量增大而增大,同时自由液面流弗劳德数Fr1最初随无量纲深度Dh/增大而增大,达到最大值后逐渐减小,当Dh3.0/?时,Fr1达到最大值,此时产生的水跃高度最大,水跃运动最剧烈。由于水跃跃后断面受到管径限制,跃后水流弗劳德数Fr2大于1,仍为急流,可见管道内水跃产生的条件只与管道内流体流速变化有关,与跃后断面液体流态无关。瞬变流模拟中,管道下游阀门突然关闭(开启),自由液面流与有压流之间的移动界面逐渐上升(下降),阀门处压力迅速升高(降低),产生压力波动。阀门移动速度越快,闭合度改变越大,水锤波动越剧烈。由于管道内摩擦阻力作用,水锤波逐渐衰减,完全消散后阀门处压力以固定速率上升(下降),压力变化速度与移动界面液面标高移动速度相同。对自由液面/有压流混合管道系统进行水锤计算,同等工况下其管道压力均小于满管有压流时产生的水锤压力,故实际工程校核时忽略此类工况对管道设计没有影响。
【关键词】：瞬变流 特征线法 水跃 自由液面 有压流
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU991;TV134
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-24
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义9-11
• 1.1.1 课题来源9
• 1.1.2 课题研究背景与意义9-11
• 1.2 国内外研究历史和现状11-23
• 1.2.1 自由液面流11-14
• 1.2.2 水跃14-19
• 1.2.3 瞬变流模拟19-23
• 1.3 课题研究的主要内容23-24
• 第2章 瞬变流基本理论与计算方法24-34
• 2.1 瞬变流基本微分方程24-27
• 2.1.1 连续性方程24-26
• 2.1.2 运动方程26-27
• 2.2 特征线法(MOC)27-31
• 2.2.1 特征线法方程推导27-29
• 2.2.2 有限差分方程的推导简化29-31
• 2.3 边界条件控制方程31-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第3章 稳态水力急变过程分析34-50
• 3.1 自由液面流34-39
• 3.1.1 自由液面流基本方程34-35
• 3.1.2 自由液面流水力参数分析35-39
• 3.2 水跃39-44
• 3.2.1 水跃产生原因39-40
• 3.2.2 水跃基本方程40-44
• 3.3 有压流44-45
• 3.4 数值模拟及算例分析45-48
• 3.4.1 稳态计算机编程45-46
• 3.4.2 算例分析46-48
• 3.5 本章小结48-50
• 第4章 瞬变流模拟及结果分析50-73
• 4.1 过渡区域瞬态边界条件建立50-51
• 4.2 有压流瞬态模型51-58
• 4.2.1 瞬变流计算机编程51-54
• 4.2.2 瞬变流程序校核54-56
• 4.2.3 算例分析56-58
• 4.3 突然关阀工况下瞬变流模拟58-66
• 4.3.1 关阀时间影响性分析59-61
• 4.3.2 阀门开度影响性分析61-63
• 4.3.3 水锤波衰减速率分析63-66
• 4.4 突然开阀工况下瞬变流模拟66-71
• 4.4.1 关阀时间影响性分析68-70
• 4.4.2 阀门开度影响性分析70-71
• 4.5 实际工况校核71-72
• 4.6 本章小结72-73
• 结论73-74
• 参考文献74-79
• 致谢79

【参考文献】

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1 吕宏兴,把多铎,宋松柏;无压流圆形断面水力计算的迭代法[J];长江科学院院报;2003年05期

2 王正中,陈涛,万斌,张新民;圆形断面临界水深的新近似计算公式[J];长江科学院院报;2004年02期

3 张挺;许唯临;伍超;石莎;苏志炜;;F型反坡水跃特性实验研究[J];福州大学学报(自然科学版);2011年02期

4 陈文滔;;矩形断面水平管道内平面水跃消能系数分析[J];贵州工学院学报;1989年04期

5 陈亚梅,陈文滔,谌军;圆断面倾斜管道内平面水跃消能系数分析[J];贵州工业大学学报(自然科学版);2003年04期

6 韩会玲,孟庆芝;非满流圆管均匀流水力计算的近似数值解法[J];给水排水;1994年10期

7 练继建;王继敏;辜晋德;;水跃区水流脉动压力频谱相似律研究[J];科学通报;2007年15期

8 练继建,万五一,王云仓;长距离分段低压输水的水力特性[J];水利水电技术;2001年12期

9 辜晋德;练继建;;水跃区底部压力脉动的沿程变化规律研究[J];水利学报;2008年02期

10 张志昌;李若冰;傅铭焕;赵莹;;矩形明渠自由水跃长度的理论分析[J];水力发电学报;2013年06期

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本文编号：358081