有压管路系统水柱分离蒸汽空腔的数值计算研究

论文摘要

随着我国工业的迅速发展,城市对水的需求量迅速增加,就近取水已远远不能满足人民生活和生产的需要,由此带来的水资源供需矛盾日益加剧,很大程度上制约了社会经济的发展和人民生活水平的提高。给水管网在实际运行中,常常引发管道中的瞬变流,大幅度的压力波动会对管网造成危害。当系统发生水锤事故时,在管道的局部位置,会因水锤降压的影响而出现液体汽化和水柱分离现象;当水锤升压时,又可能会造成升压很高的断流弥合水锤,这些现象将使整个输水系统无法安全运行。因此,对输水系统进行正确的水锤分析,对于保障生活生产用水及社会经济的发展,具有非常重要的意义。本文的主要内容如下:(1)阐述输水系统水锤现象的发生过程、理论基础及分析计算方法,简述水锤研究的现状;(2)简述水力瞬变过程中蒸汽空腔的成因及其流态特征,建立计算水柱分离蒸汽空腔的主要数学模型;(3)本文对简单管路,双鸭山市寒葱沟水库长距离输水管线进行水柱分离蒸汽空腔计算,并且对西北建筑工程学院的实验进行数值模拟,并和实验结果进行对比;(4)论述长距离输水系统常用的水锤防护措施及其装置构成、防护机理,并且模拟一组防治水柱分离的实验,并使用单相注水的方法对简单管路和双鸭山市寒葱沟水库长距离输水管线系统进行防护研究。研究结果表明由于水柱分离所引起的断流弥合水锤可以对输水系统造成很大的危害,所形成蒸汽空腔长度越大导致水柱分离最大压力也就越高。并且单相注水的方法可以有效的控制蒸汽空腔的形成和防止水柱分离的发生。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究的现状及发展趋势
• 1.3 本课题研究的意义
• 1.4 本课题研究的内容
• 第2章 水柱分离及断流弥合水锤基本理论
• 2.1 长距离有压输水系统水力瞬变分析
• 2.1.1 基本微分方程
• 2.1.2 特征线法
• 2.1.3 边界条件
• 2.2 蒸汽空腔的成因及其水力学过程
• 2.2.1 断流弥合水锤形成过程
• 2.2.2 管路中水柱分离的水力学过程
• 2.2.3 管路中水柱分离的判别
• 2.3 水柱分离计算蒸汽空腔的数学模型
• 2.3.1 模型的基本假设
• 2.3.2 蒸汽空腔体积计算数学模型
• 2.3.3 程序框图
• 2.4 本章小结
• 第3章 水柱分离蒸汽空腔数值计算
• 3.1 算例分析
• 3.1.1 工程简介
• 3.1.2 模拟结果分析
• 3.2 水柱分离实验模拟研究
• 3.2.1 实验简介
• 3.2.2 水柱分离最大压力与蒸汽空腔最大长度的关系
• 3.2.3 结果分析
• 3.3 长距离输水管线水柱分离分析
• 3.3.1 黑龙江省双鸭山市寒葱沟水库长距离输水管线简介
• 3.3.2 模拟结果分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 断流弥合水锤的防治
• 4.1 长距离输水系统断流弥合水锤防护研究
• 4.1.1 简单调压塔的构成及工作原理
• 4.1.2 单向调压塔的构成及工作原理
• 4.2 断流弥合水锤防治实验模拟研究
• 4.2.1 两处单相注水的实验简介及模拟结果分析
• 4.2.2 单相注水对简单管路的防护研究
• 4.2.3 单相注水对长距离输水管线的防护研究
• 4.3 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢