长距离输水管线运行工况模拟研究

论文摘要

对于长距离输水管线来说,当管线中的流量发生变化,或管线在输水的过程中发生事故时,长距离输水管线中的水流流动的稳态条件即被破坏,管道内水流的状态将由稳态流态变成非稳态流态,即瞬态流态。在水流由非稳态流动恢复到新的稳态流动的过程中,输水管线中水流的各项水力参数随时间改变产生急剧变化,其变化程度往往超出恒定流的设计范围,从而对输水系统造成非常不利的影响,当这一变化速度过快时,就会导致输水管线管材结构的破坏,甚至会发生严重的生产事故。所以,对输水系统过渡过程进行系统的研究,对于输水工程的设计和运行是十分必要的。本文以磨盘山水库长距离输水工程为背景,利用雷诺数相似以及变态模型理论模拟了磨盘山输水工程的一部分,设计了长距离输水管线水力过渡试验模型,通过这个模型可以研究长距离输水管线在工况变化后的压强波动情况。长距离输水管线水力过渡试验最大的难点是瞬态数据的采集,本文将虚拟仪器技术及虚拟仪器的开发平台LabVIEW应用于试验的数据采集中,利用NI公司的数据采集卡DAQCard-6024E、CB-68LP接线板及5个压力传感器作为数据采集的硬件设备,开发了试验模型压强数据采集系统以及流量数据采集系统,成功获取了不同工况下试验模型的压强与流量数据。最后对长距离试验模型建立数学模型进行分析,对比理论计算结果与实测结果,详细分析了管道阻力系数、水锤波速以及管道坡度对理论模型精度的影响,根据分析的结果,给出了实际管线建模和计算的科学建议。同时,将分析结果与工程实际相结合,对磨盘山水库长距离输水工程进行建模计算,通过控制阀门关闭时间来减少管道运行过程中水锤升压的影响,从而保证管道运行安全,对于工程问题的解决起到了重要作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 国内外相关理论的研究现状
• 1.2.1 国外相关理论的发展状况
• 1.2.2 国外相关计算方法的发展状况
• 1.2.3 国内研究状况
• 1.3 本文的研究工作
• 第2章 稳态流动及瞬态流动的基本原理研究
• 2.1 稳态流基本方程
• 2.2 瞬态流基本方程
• 2.2.1 方程的数值解法
• 2.2.2 边界条件
• 2.2.3 时间步长的选取
• 2.2.4 水锤波速的表达式
• 2.3 本章小结
• 第3章 长距离输水试验装置与方法
• 3.1 试验背景介绍
• 3.1.1 管材情况
• 3.1.2 阀门情况
• 3.2 试验目的
• 3.3 试验模型设计
• 3.3.1 模拟原理
• 3.3.2 试验设备
• 3.4 本章小结
• 第4章 长距离输水试验数据采集
• 4.1 虚拟仪器技术
• 4.1.1 虚拟仪器简介
• 4.1.2 虚拟仪器特点
• 4.1.3 虚拟仪器的理想开发平台——LabVIEW
• 4.2 数据采集硬件设置
• 4.2.1 设置硬件前的准备工作
• 4.2.2 多功能数据采集卡的安装
• 4.2.3 数据采集设备测试
• 4.2.4 数据采集通道设置
• 4.3 压强数据采集LabVIEW 程序设计
• 4.3.1 LabVIEW 的操作模板介绍
• 4.3.2 LabVIEW 功能模板函数介绍
• 4.3.3 压强数据采集LabVIEW 程序设计
• 4.4 流量数据采集
• 4.5 本章小结
• 第5章 试验理论模型的建立
• 5.1 试验模型参数计算
• 5.1.1 阀门不同开度下的流量系数
• 5.1.2 管道阻力系数
• 5.1.3 管道水锤波速
• 5.2 管道阻力系数对理论模型精度的影响分析
• 5.3 水锤波速对理论模型精度的影响分析
• 5.3.1 压力对水锤波速的影响
• 5.3.2 流体温度对水锤波速的影响
• 5.3.3 流体中含气量对水锤波速的影响
• 5.4 管道坡度对理论模型精度的影响分析
• 5.5 对试验模型双管建模分析
• 5.6 理论模型在实际工程中的应用
• 5.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢