基于管嘴出流规律的水击边界条件 数值模拟

为研究阀门关闭瞬间产生的水击压力,以管嘴出流规律来确定阀门断面的水头和流量的关系,并结合特征线方程,以水击实验台为模型,用MATLAB编程进行水击模拟计算.结果表明:阀端压力随阀门关闭先迅速上升,0.36 s达到最大值,之后压力又迅速下降;随着时间的增加,阀端压力不断重复上升到峰值然后又下降,但其最大压力都小于第1个峰值.将其与水击实验台的试验结果对比分析,验证了管嘴出流模型以及计算程序的准确性.故在简单的有压管道中,当管道末端为阀门时,可以按照管嘴出流规律来建立边界条件.在此基础上依次取阀门关闭时间为1.0,2.0,3.0,4.0,4.8 s,模拟了阀门关闭时间对最大水击压力的影响.结果显示,阀门关闭时间对水击压力有很大影响:关阀时间越长,产生的最大水击压力越小,但随着阀门关闭时间的延长,水击压力的减小幅度会越来越小.     

球型调节阀关阀水锤效应的试验研究与数值计算

针对工业生产中球型调节阀快速关闭时产生水锤的现象,采用试验方法和数值计算分析关阀速度对水锤冲击波形的影响.研究结果表明,随着阀门关闭,阀前压力先增加后降低,阀后压力先降低后增加,二者几乎同时达到峰值和谷值,并都伴有一定强度的随时间推移快速衰减的压力波动.关阀水锤效应对阀前管路的冲击更强,并且阀前正压力与阀后负压力会产生合力,对阀体结构造成更大的水锤冲击力.关阀时间从3 s增加到5 s,可降低水锤冲击力,同时会改变水锤冲击波形.基于经典水锤方程和特征线法,建立一套快速分析关阀瞬态性能和水锤冲击效应的数值计算方法.自主开发计算软件,数值结果与试验数据基本吻合,能够较好地预测关阀动态过程和管道水锤现象,为相关工程应用提供技术支撑.     

悬浮管道水锤压力与振摆特性试验研究

悬浮管道由于管道淤堵或者管道阀门启闭会在管道中产生水锤效应并导致管道产生振摆现象,水锤压力和振摆幅度会受到管流流速、管道阀门关闭时间和管道长度富余度的影响。为了研究上述因素影响,开展了悬浮管道物理模型试验,试验过程中监测了管道水锤强度和振摆幅度。试验结果表明:阀门关闭时间越短,管道流量越大,悬浮管道水锤压力和振摆幅度则越大;当阀门关闭时间过小和管道流量过大时,还会造成管道破裂;管道水锤压力会随着管道长度富余度的增长而增大,而摆动程度则在一定范围内会减小。     

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.     

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.     

TVD格式数值模拟四通管阀门关闭特性研究

水击问题是管道输水中重要的安全问题,管网水击直接制约着管道输水技术的发展。正确进行四通管水击及其影响分析并采取适当控制措施对管网安全运行有重要意义。将TVD格式运用到四通管阀门关闭特性对水击过程影响的研究中,对其阀门关闭规律及组合关闭方式进行模拟,以期遴选出使得水击压力不影响管网安全运行的关阀模式。由模拟结果可以看出:两阶段直线关阀方式优于加速曲线和直线关闭方式,可操作性强,两阀门同时直线关闭方式优于一个或两个阀门瞬时关闭方式,产生水击压强最小且衰减最快,可分别作为保证四通管在瞬变工况下安全运行的阀门关闭模式和组合关阀方式,进而为四通管乃至管网在瞬变工况下的安全运行和管理提供理论依据和参考。     

基于多目标粒子群算法的停泵水锤防护优化

为使泵站系统安全可靠运行的同时降低工程投资,采用多目标粒子群算法对停泵水锤防护进行优化计算,以单向调压塔的直径、初始液位、泵出口阀门的关闭规律为设计变量,目标是控制单向调压塔的体积以及系统的最大压力和最小压力,结合工程要求及规范确定了设计变量的范围和约束,通过迭代计算确定了最优的单向调压塔设计尺寸和阀门关闭规律。结果表明:优化后调压塔有效体积减小44.1%,最大水锤压力相比事故停泵减小168.5 m,该算法能够有效地应用于水锤防护的多目标优化问题中,得到了可靠且经济的防护方案。     

压力波动预止阀关闭特性对泵站水锤的影响

为了获得压力波动预止阀在防护泵站水锤方面的水力性能,采用特征线法,通过构建水泵与压力波动预止阀的数学模型,以宁夏固原地区某高扬程泵站为例,详细分析了压力波动预止阀的5种关闭特性曲线对泵站水锤防护效果的影响.结果表明:压力波动预止阀在全开状态并选择针形阀曲线类型时达到最大外泄量;压力波动预止阀在关闭过程中,通过阀门流量的减少率接近于阀门开启面积的减少率.当压力波动预止阀选择为蝶阀类型的减速关闭曲线时,可使泵站出口压力波动最先达到稳定.同时,当压力波动预止阀的曲线类型由加速关闭曲线、常速关闭曲线至减速关闭曲线变化时,整个输水系统最高压力极值下降,而系统最低压力极值上升.因此,压力波动预止阀关闭特性选择为减速关闭曲线类型时,可防护的系统最高压力最小,最低压力最大,从而更有利于水锤防护.     

给水系统中的水锤节制

水锤是管道破坏、接头松动、漏水、阀门和龙头严重损坏以及管道振动和产生锤击噪音的最重要原因。水锤是由于迅速关闭阀门或龙头而使管道中水流运动突然停止或急剧减速而产生的。这种立即停止的流动产生一个压力波,这个压力波以声音的速度从阀门向上游传播,直到它到达一个大口径的调压井或水箱以后这个波才被重新反射回到阀门,引起管道中     

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.     

泵站加压与重力自流联合供水工程的停泵水锤防护

针对某首部泵站加压与重力自流相结合的长距离、高落差输水工程,基于瞬变流计算中常用的特征线法建立了全系统水力过渡过程数学模型,模拟了系统停泵水锤全过程.为了解决水泵机组掉电后管道中出现的负压问题,提出了在泵后采用空气罐的防护方案,并对空气罐参数进行优化设计,确定了较优的空气罐体型;于管道最高点处设置高位水池,水池后的重力...     

泵后管线先降后升的长距离输水系统水锤防护

针对泵后管线先降后升的长距离大流量输水系统,当水泵发生抽水断电时泵后管线高点处易出现负压的特点,提出了一种调压塔联合末端调流阀的停泵水锤防护方案,并基于瞬变流计算的特征线法建立了全系统水力过渡过程的数学模型,模拟了系统停泵水锤全过程.结合某实际输水工程,探究常规调压塔防护方案的调压塔最小面积,给出泵后设调压塔结合末端调流阀联动关闭的水锤防护方案的参数选取原则,对比常规调压塔防护方案与泵后设调压塔结合末端调流阀联动关闭的水锤防护方案对停泵水锤的影响.计算结果表明,常规调压塔防护方案调压塔面积达到1 100 m²,投资成本巨大;调压塔结合末端调流阀联动关闭的防护方案末端调流阀关闭过快会引起管道正压过大,关闭过慢会导致管道水流回流能力不足,选取合适的末端调流阀关闭时间,在满足系统水锤防护标准的前提下,可以有效地减小调压塔面积.     

空气罐与超压泄压阀联合水锤防护特性

提出了一种空气罐与超压泄压阀联合设置的停泵水锤防护方案,并基于瞬变流计算的特征线法建立了空气罐、液控蝶阀、超压泄压阀等边界条件的数学模型,模拟了停泵工况下系统的压力变化过程.结合工程实例,对比分析了空气罐单独防护、空气罐与两阶段关闭泵后液控蝶阀联合防护以及空气罐与超压泄压阀联合防护对停泵水锤的影响.在空气罐体型一定时,对超压泄压阀的启闭规律进行了敏感性分析.计算结果表明,空气罐与两阶段关闭泵后液控蝶阀联合防护方案对输水系统正负水锤防护均不利;而空气罐与超压泄压阀联合防护方案对输水系统正负水锤均有较好的防护效果,与空气罐单独防护方案相比,泵后高压管段最高压应力由1.343 MPa降至1.087 MPa,在满足承压标准1.2 MPa的基础上安全裕度提高了9.4%,空气罐体型也由200 m³缩减至160 m³.超压泄压阀应在5 s内开启至全开度,且开启后持续时间应接近1个相长.     

长距离泵输水系统两阶段关闭蝶阀合理关阀程序研究

两阶段关闭蝶阀是水锤防护的重要措施之一,为了研究如何合理的确定两阶段关闭蝶阀的关阀程序,应用水锤基本理论和特征线法,结合某实际工程,对长距离有压输水管道系统在八种不同运行工况下的停泵水锤过程进行了计算,分别得到1080组两阶段关闭蝶阀的关阀程序在八种工况下管线的最小水锤压力、泵出口最大压力、倒转转速和超过额定转速的时间。计算结果表明:全部水泵停泵并不是最不利工况;不同工况下,两阶段关闭蝶阀的最优关阀程序不同,两阶段关闭蝶阀关阀程序的可行域不同且差异较大。通过对计算结果的对比分析,提出两阶段关闭蝶阀关阀程序合理的确定方法,该方法对同类工程在确定关阀程序时具有参考意义。