闸阀调节过程的三维模拟及其动态模型

为了研究泵系统调阀过程的瞬态特性和内流机理,在一维分析软件Flowmaster中建立了包含管路、阀门和泵在内的仿真模型,并以三维简化闸阀为模型,采用Fluent 6.2进行计算,对开启过程的非定常内部流动进行数值模拟研究.采用动网格的方法分析了阀门开启过程中阀芯运动引起的流场变形.结果表明:直线特性和对数特性的调节阀都具有快开特性,即流量变化对阀门的相对开度相当敏感,当阀门开度为10%～20%时,水击压力迅速下降;而通过内部流态分析可知,在阀门开度较小的工况下,阀后流场紊乱,造成较大的水力损失,使阻力系数值增加,当阀门开度小于50%时,稳态和瞬态工况下阀门的阻力系数值有较大的区别.由分析可知,研究阀门开启过程的瞬态特性,以及建立内部流态模型,都不能完全按照通常的稳态理论进行,尤其对阀门开度较小的工况,应对其进行一定程度的修正,以保证计算结果的正确性.     

含有窝气的虹吸整流输水管道水力损失计算与试验研究

为了研究输水管道窝气对管路水力损失的影响,对1套包含小坡度长下坡段的管路系统分别在自然重力进流、低虹吸进流、高虹吸进流(虹吸进口装有整流装置)条件下进行管道满流与带气试验测量.创新建立窝气阻力系数β定量表示窝气阻力造成的水力损失增加,提出了整个管路窝气阻力系数的计算公式.基于试验数据分析了不同进流方式在带气与不带气条件下的管路阻力特性,并验证了窝气形成气阻机理的存在.研究结果表明:输水管道窝气会减小管道有效过流面积,造成管路水力损失显著增加,且管道的高低起伏越多,管路中弯头、变径管件数量越多,管道窝气阻力系数β越大;虹吸式进流在整流装置的作用下,较自然重力式进流会降低管道摩擦系数,并且高虹吸下的水力摩擦系数最小;通过合理设计,虹吸整流装置的多孔结构可以根据管道流量的大小不断自动调节其自身的阻力和开度,有效控制管道入口进气.     

高压核电平板闸阀的设计与数值模拟

针对核电工业的需要设计了公称压力为25 MPa、公称直径为150 mm的高压电动平板闸阀,介绍了其主要结构的设计及计算方法.分析了阀门开启状态下流动压力损失的产生原因及分布区域.对阀门进行了流固耦合计算,以研究介质载荷对其结构产生的影响.建立了闸阀及水体的三维模型,利用CFX软件对模型进行网格划分并定义边界条件,计算后得到了介质流动状态下的压力、速度分布,并指出了产生压力损失的主要部位.利用Ansys软件将介质载荷施加到闸阀上进行流固耦合分析.结果表明,介质在阀座区产生涡流损失,阀座区之后静压值明显下降,流道壁面处流速减小,闸阀中腔上部的压力降和速度都很小.闸阀的流阻系数为0.093,闸阀的最大变形为19.4μm,最大应力值为70.8 MPa,分别位于阀座出口端的顶部和侧面;开启状态下闸阀的变形及应力均在允许范围内.     

泵装置拍门阻力损失数值模拟与试验

采用数值模拟与模型试验相结合的方法对模型泵装置出口拍门的阻力损失进行研究.通过模型试验获得了出口拍门在不同开启角度时的阻力损失值,归纳了拍门阻力损失随流量变化的规律.结果表明:拍门阻力损失受导叶出口环量的影响,阻力损失与流量的平方不呈正比,在相同流量时,泵装置效率下降值与拍门开度亦非正相关.应用CFD软件对泵装置设计工况时拍门开启角度25°及无拍门时出水流态进行数值计算,分析了有、无拍门的出流流态,依据数值模拟结果预测了拍门阻力损失,在设计工况时的数值预测值与试验结果吻合较好.     

重力滴灌系统的安装与使用

重力滴灌系统是一种不靠动力驱动的滴灌设备,主要由蓄水池、阀口控制部分(闸阀、水表、过滤器)、输水管道、滴灌管等部件组成.它利用重力的原理,靠水源高度产生的自身压力,通过主管道、支管道及供水管网实现供水.     

有机玻璃管道直接水锤压力特性试验研究

为了了解黏弹性管道的水锤压力特性,文中通过搭建水库-管道-阀门系统模型,进行了系列关阀水锤试验,针对有机玻璃管道中末端阀门初始开度分别为30%,100%时关阀产生的直接水锤压力变化规律进行了研究,从黏弹性材料的本构关系角度分析了关阀时间对黏弹性材料直接水锤的影响机理,并对2种不同初始开度下阀门附近的流场进行了三维数值模拟.研究结果表明：黏弹性管道中直接水锤压力变化规律与传统的水锤理论不符,直接水锤压力不仅与阀门的关闭时间有关,还与阀门的初始开度有关,满足“阀门关闭越快,直接水锤压力越大”与“阀门初始开度越小,直接水锤压力越大”的规律.     

用水力真空罐给离心泵灌引水

利用一种真空罐给离心泵灌引水,系由充满水并与水源相联通的密封容器构成.这种容器装设有两根管道2和8,其中管道2装有闸阀3,其一端接在容器的底部,另一端插入进水池中,装有闸阀9的管道8将容器的顶部和离心泵的泵体10相连.关闭闸阀3和9,开启闸阀7,可通过管道6由外部系统(管网或贮水车)给真空罐4充满水,然后关闭闸阀7。     

泵站双节式拍门合理开启角度分析

为探究双节式拍门的合理开启角度,以江西鹅湖泵站双节式拍门为研究对象,分析在不同流量工况下,不同开启角度的拍门水力损失以及门后水流流态,得出一个较优的双节式拍门开启角度范围.结果表明:在双节式拍门上节门开度达到约46.00°.下节门开度达到约64.00°时,水力损失较小且其大小几乎不随流量增加发生变化,因拍门水力损失导致的效率下降值已减少至3%左右,而且随着开启角度增大,拍门对泵装置性能以及整体工程运行产生的影响在逐渐减弱.经过分析得出,鹅湖泵站双节式拍门上节门的较优开度约为46.00°~53.00°,下节门的较优开度约为64.00°~70.00°,这与该泵站双节式拍门在运行工况下的开启角度吻合,结果可为双节式拍门在泵站的应用提供借鉴.从多角度分析对比得出的双节式拍门合理开启角度的研究方法具有较高的可行性,值得在其他类型拍门合理开启角度研究中推广应用.     

Flowmaster在泵站过渡过程分析中的应用

讨论了利用Flowmaster进行泵站水力过渡过程计算的技术要点,给出了管道、泵组、阀门、空气阀等元件的建模过程,研究了Flowmaster所没有提供的隧洞、调压井等元件的建模方法.通过引入压力修正系数,实现了基于管道模型的隧洞建模.通过修改有限面积水库模型,并组合流入流出系数,实现了调压井建模.结合国内某泵站,采用上述模型进行了过渡过程计算,获得了各工况下管道和隧洞水压力变化情况.针对断电工况的倒流和启动工况的负压,探讨了泵后阀门关闭规律和空气阀布置方案,使倒流得以控制,负压得以消除.     

高位泵站树状供水管网优化设计及水锤防护问题

讨论了某高位泵站树状管网优化前后,在泵的启停、阀的启闭以及消防等过渡工况中的水锤防护问题。首先基于LINGO软件对武汉市某小区供水管网进行了优化设计,然后利用PIPENET软件,分别对原方案管网在无阀防护下停泵、有阀防护以及逆止阀与空气阀联合防护下的停泵工况进行了水锤分析,发现停泵负压问题很难得到妥善解决。为此,采用优化设计结果,在同样工况下进行有、无逆止阀的停泵水锤计算,结果表明无附加防护措施的情况下,管网负压持续问题自然消失,且无明显停泵倒流,说明对于泵站相对位置较高的管网,可不设逆止阀。最后校核了优化方案在消防工况下的表现,进一步说明泵系统的经济运行与安全性问题可以协调考虑。消除水锤危害是确保供水安全性的一部分,本案例的模拟计算结果为管网供水安全性分析提供了新思路。     

管网特性对水泵变流量运行能耗的影响

在暖通空调的水系统中,管网型式与阻力的变化对水泵运行特性产生重要的影响.通过实例对水泵变流量运行进行计算与分析,并采用管网阻力调节、水泵台数控制及变频控制方法调节系统流量.探讨了管网变化对水泵变流量运行能耗的影响;分析了管网性质与水泵运行工况的关系,以及各种流量调节方式与水泵运行能耗的关系.计算结果表明：管网特性对水泵变流量运行的能耗影响较大.通过增加管网的阻力调节流量,通常会使水泵的能耗降低;水泵变频控制方式对开、闭式管网的运行能耗影响有较大的区别,静压值越大,节能效果越小;在闭式循环管网中,水泵台数控制与变频控制是两种有效的节能调节方法,由于管网发生变化,水泵的运行工况变化不满足相似律;水系统通过采用压差控制流量时,最不利环路可能发生变化成为次不利环路,所以末端压差控制因管网变化而形成水力失调,最小阻力控制比定压差控制有显著的节能效果.     

空气阀在多水源高扬程供水工程中的水锤防护研究

【目的】研究多水源高扬程供水工程在断电停泵时的水力过渡特性及其水锤防护措施。【方法】基于一维瞬变流理论和特征线法,对空气阀采用自由气体空穴理论,建立供水系统整体数学模型。针对无防护措施下的断电工况过渡过程计算结果,选择在水泵出口侧和扬水管地面段末端设置快关式逆止阀,在供水管道局部高点设置空气阀的联合水锤防护措施,并进行了空气阀参数的敏感性分析。【结果】在未采取水锤防护措施时,在水泵出口侧发生较大压降且供水管道沿线最低内水压力严重超标。在采取合适的水锤防护措施后,在断电工况下,水泵无反转且泵后最小压力不低于-5m,泵后扬水管最小压力不低于-5m,供水主管最大压力不超过160m,最小压力不低于-5m。【结论】空气阀可对水泵出口侧和供水管道的负压起到很好的控制效果。     

不同关阀规律与出水口形式对管路水锤的影响

为了研究事故工况下管线末端阀门不同关闭方式对管线末端水锤及整体水锤压力的影响,针对长距离有压输水管道建模计算存在管线简单、求解信息种类少、数据量大的特点,采用特征线法对山东莱城发电厂供水管路水力瞬态过程进行了模拟,分析了不同关阀规律对管道末端水锤的影响.结果表明,出口阀门的关闭规律对末端水锤的影响很大,由于受阀门自身限制,出口阀门按最优关闭规律关闭时仍会产生较大末端水锤,需要使用其他防护措施消除或降低末端水锤.提出并验证了一种可以有效降低末端水锤的新型管路出水口,通过对比验证发现,使用新型出水口后管线的最大内水压力由128 MPa下降至70 MPa,可以有效降低水锤压力峰值,防止由于出口阀门故障或失电而产生的管道事故,进而提高输水管道的安全稳定性,且改造成本较低.研究结果可为管道的末端水锤防护提供新的思路.     

液压闸阀卡滞现象的机理分析与试验研究

针对某型液压闸阀出现的卡滞现象进行研究,分析该液压闸阀结构特征,预测影响闸阀卡滞的因素,进而根据船用液压驱动源压力波动特性,对闸阀的启闭特性进行理论计算和分析,获取该型闸阀在波动驱动压力下的启闭特性曲线,校核了设计的合理性;通过对闸阀零件实际加工尺寸进行检查和分析,找到了影响闸阀启闭状态的关键配合尺寸.最后模拟实船系统搭建相应试验台,复现了该闸阀卡滞现象,通过对影响闸阀启闭的配合尺寸进行控制,试验表明修复后的闸阀功能正常,适应船用波动驱动压力环境同时验证了闸阀计算分析结果的合理性.     

阀芯结构对纯水溢流阀抗汽蚀特性的影响研究

介绍了所研制的先导式纯水溢流阀及其工作原理。从流场控制的角度,研究了先导式纯水溢流阀抑制汽蚀方法。应用CFD技术对溢流阀主阀流道内的流场流态进行仿真,获得了单级节流、带高压引流的单级节流、多级节流和带高压引流的多级节流4种结构下的压力和汽穴分布图像。在不同压力、阀口开度等多种条件下,对先导式纯水溢流阀进行了试验研究。结果表明,利用多级节流和高压引流补偿相结合的方法能有效抑制汽蚀、提高纯水溢流阀性能。     

城市给水管网可靠性分析中阀门的作用

给水管网是城市给水系统重要的组成部分，其可靠运行对整个给水系统充分发挥经济效益和社会效益起着举足轻重的作用。对现有的给水管网设计、水力计算中的管网模型进行了综合的分析研究，基于某些合理假定，并在系统可靠性分析中详细考虑了阀门的配置作用，进而提出了一种新的管网简化模型：环节-阀门表示方法，可用于系统可靠性初步分析及期望缺水量计算，最后通过算例分析，进一步证明了该方法对指导维修人员的行动有一定的参考作用和实用价值。     

供水管网气液两相流关阀水锤

为对管道内气液两相流时关阀水锤工况进行模拟研究, 对给水管网内部气液两相同流的流态进行简化后采用自编C++语言水锤分析软件,以安徽省六安市霍邱县经开区给水工程树状管网为例,先建立末端关阀水锤的水锤计算模型,再对不同组合的末端关阀水锤进行模拟和分析计算.计算结果表明气液两相同流时,若给水管道产生末端关阀水锤,则水锤波会向临近的主干管及其他连接的支干管扩散.管网末端阀门全关的极端不利工况时,相较于不含气,含气率为10%的工况导致的末端关阀水锤振幅更大;含气率为10%的极端不利工况时,相较于部分关阀,管网末端阀门同时全关所产生的关阀水锤振幅更大,其关阀水锤的升压超过4.5倍的稳态压力,因此末端关阀水锤对给水工程危害极大.“无频动消锤控流控位阀+箱式双向调压塔+普通排气阀+恒速缓冲排气阀”的水锤防护措施对末端关阀水锤预防效果优秀.     

管网特性对水泵变流量运行能耗的影响

在暖通空调的水系统中,管网型式与阻力的变化对水泵运行特性产生重要的影响.通过实例对水泵变流量运行进行计算与分析,并采用管网阻力调节、水泵台数控制及变频控制方法调节系统流量.探讨了管网变化对水泵变流量运行能耗的影响;分析了管网性质与水泵运行工况的关系,以及各种流量调节方式与水泵运行能耗的关系.计算结果表明：管网特性对水泵变流量运行的能耗影响较大.通过增加管网的阻力调节流量,通常会使水泵的能耗降低;水泵变频控制方式对开、闭式管网的运行能耗影响有较大的区别,静压值越大,节能效果越小;在闭式循环管网中,水泵台数控制与变频控制是两种有效的节能调节方法,由于管网发生变化,水泵的运行工况变化不满足相似律;水系统通过采用压差控制流量时,最不利环路可能发生变化成为次不利环路,所以末端压差控制因管网变化而形成水力失调,最小阻力控制比定压差控制有显著的节能效果.