水锤波速对长距离泵站输水管路中断流水锤的影响与研究

论文摘要

近年来,随着国民各项用水需求的增大,国内拟建和在建的长距离输水工程越来越多。在长距离输水工程中,最常见且最突出的问题就是长距离输水管线的水锤防护问题,其中危害最大的便是断流弥合水锤,即空腔溃灭水锤。水锤的研究对水电站输水系统的设计和正常运行都有着非常重要的意义,水锤波的传播速度是水力暂态过程中的一个重要参数,也是影响因素之一。因此,水锤波速是水锤研究中一个不可或缺的部分。本论文基于连续流瞬变理论已取得的研究成果,重点研究不同水锤波速对长距离泵站输水管路中断流水锤的影响。1、阐述水锤波速的研究成果以及理论推导的发展历程。2、探讨水锤波速的影响因素,列出工程中常见管材的水锤波速范围。并结合长距离输水工程中的实际情况,分析影响输水管道内水锤波速的常见因素。3、在前人研究的基础上,简要的阐述了水力过渡计算常用的特征线法。根据特征线方程的有限差分方程,并结合各类边界条件建立水锤计算的基本数学模型,利用计算机进行输水工程的水力过渡模拟计算。4、分别以阿尔及利亚泵站加压输水工程,三湾输水工程和康平电厂一级管线输水工程为实例,进行长距离泵站输水管路的水力过渡计算。针对每一个工程实例,根据“大管径,低摩阻”,进行同工况下不同水锤波速时的水力过渡模拟计算,通过计算结果对比分析不同水锤波速对管路中断流水锤的影响。综合三种类型的长距离输水管路的水力过渡计算结果,研究在泵站输水管路中,水锤波速的改变对断流弥合升压的影响。计算中,通过改变管材、管壁厚等因素改变水锤波速,实现同工况下不同水锤波速的对比计算与分析。本论文的研究对优化泵站输水工程的水锤防护措施有着深远的工程实用意义,为今后进一步研究水锤波速在工业管道中的水力过渡问题提供了参考价值,也提出了下一步研究的新课题,即水锤波速对长距离重力流输水管路中断流水锤的研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 概述
• 1.1 水锤
• 1.1.1 水锤的基本概念
• 1.1.2 水锤的危害
• 1.2 国内外水锤防护研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 问题的提出与本文研究的主要内容
• 第二章 水锤波速对水锤升压的影响
• 2.1 水锤波速的基本概念及理论推导
• 2.1.1 水锤波速的基本概念
• 2.1.2 水锤波速理论推导历程
• 2.1.3 弹性水锤波速理论
• 2.2 水锤波速的影响因素以及常见管材的波速范围
• 2.2.1 水锤波速的影响因素
• 2.2.2 常见管材的波速范围
• 第三章 水锤计算方法及边界条件分析
• 3.1 水锤基本微分方程式
• 3.2 特征线方程式
• 3.2.1 特征线微分方程式
• 3.2.2 特征线有限差分的相容性方程
• 3.3 边界条件方程式
• 3.3.1 离心泵的边界条件
• 3.3.2 末端水池的边界条件
• 3.3.3 两阶段关闭缓闭蝶阀的边界条件
• 3.3.4 空气阀边界条件
• 3.3.5 箱式双向调压塔的边界条件
• 3.4 水锤综合防护的计算机数值模拟
• 3.4.1 简单管路水力暂态的计算程序
• 3.4.2 断流弥合水锤的计算程序
• 3.4.3 泵站水锤防护要点
• 第四章 阿尔及利亚输水工程实例
• 4.1 工程概况
• 4.1.1 简述
• 4.1.2 输水管线主要技术资料
• 4.2 水力过渡计算
• 4.2.1 管材为玻璃钢管时（水锤波速a=500m/s）水力计算
• 4.2.2 管材为预应力钢筋混凝土管时（水锤波速a=800m/s）水力计算
• 4.2.3 管材为钢管时（水锤波速a=1000m/s）水力计算
• 4.3 工程小结
• 第五章 三湾长距离输水工程实例
• 5.1 工程概况
• 5.1.1 简述
• 5.1.2 输水管线主要技术资料
• 5.1.3 管道水锤防护优化方案及运行水压状况
• 5.2 缓冲排气时水力过渡计算
• 5.2.1 管材为玻璃钢管时（水锤波速a=500m/s）水力计算
• 5.2.2 管材为钢筒混凝土管时（水锤波速a=800m/s）水力计算
• 5.2.3 管材为钢管时（水锤波速a=1000m/s）水力计算
• 5.2.4 小结
• 5.3 缓冲排气、管路首端设双向调压塔时的水力过渡计算
• 5.3.1 管材为玻璃钢管时（水锤波速a=500m/s）水力计算
• 5.3.2 管材为钢筒混凝土管时（水锤波速a=800m/s）水力计算
• 5.3.3 管材为钢管时（水锤波速a=1000m/s）水力计算
• 5.3.4 小结
• 5.4 缓冲排气、管路首端和15+600处设双向调压塔时的水力过渡计算
• 5.4.1 管材为玻璃钢管时（水锤波速a=500m/s）水力计算
• 5.4.2 管材为钢筒混凝土管时（水锤波速a=800m/s）水力计算
• 5.4.3 管材为钢管时（水锤波速a=800m/s）水力计算
• 5.5 工程总结
• 第六章 康平电厂一级管线输水工程实例
• 6.1 工程资料
• 6.1.1 简述
• 6.1.2 输水管线主要技术资料
• 6.2 水力过渡计算与分析
• 6.2.1 管材为玻璃钢管时（水锤波速a=500m/s）水力分析计算
• 6.2.2 管材为钢筋混凝土管时（水锤波速a=800m/s）水力计算与分析
• 6.2.3 管材为钢管时（水锤波速a=950m/s）水力计算与分析
• 6.2.4 小结
• 6.2.5 管材为钢筋混凝土管（水锤波速a=800m/s）增加排气阀时的水力计算与分析
• 6.2.6 管材为钢管（水锤波速a=950m/s）增加排气阀时的水力计算与分析
• 6.3 工程小结
• 第七章 总结和建议
• 7.1 总结
• 7.2 建议
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的研究成果
• 致谢