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.     

空气罐参数对多驼峰输水系统水锤防护的影响研究

空气罐是长距离输水工程中常见的水锤防护措施，为探究影响其效果的多种因素，以特征线法为基础，结合某实际工程对输水管道进行水力过渡过程分析，建立9组不同的参数组合模型研究罐体的体积、罐内气液比和罐体高度直径比对水锤防护效果的影响，结果表明罐的水锤防护能力随体积和气液比的增大、高度直径比的减小而增强，从经济效益和安全角度出发得到罐的最优参数：体积50.49 m³，高度直径比0.5，气液比1.2。此外，通过12组不同的阀门关闭规律方案对比，发现合理设置末端阀门关闭时间不仅能够降低单向塔的尺寸，还能进一步改善空气罐防护受限处的水锤。     

长管道工程中空气阀与单向调压塔水锤防护比较与优化

针对空气阀、单向调压塔的水锤防护特性,结合宁东供水工程实例,建立单向调压塔结构参数优化模型,并采用遗传算法求解,进而比较复合式空气阀和单向调压塔的水锤防护效果,结果表明单向调压塔是有效的水锤防护措施,为宁东供水工程制定水锤防护方案提供重要依据。     

多分水口长距离输水工程停泵水锤防护措施

为了能够有效避免多泵且多分水口输水系统在无防护抽水断电时可能出现较为严重的负水锤带来的危害,建立了全长106.46 km的大型供水工程的数学模型进行系统过渡过程计算,选择空气阀与两阶段液控蝶阀联合防护与单向塔防护2种方案消除其负水锤,在前者远不达理想防护效果后针对后者进行优化.结合工程实际在确定了单向塔的数量、位置以及塔高后,对不同位置单向塔的底面积进行多种方案的对比选取,最终选用塔1#的底面积为28.26 m²,塔2#的底面积为176.63 m²;为了防止单向塔漏空需要分水口以及供水终端调流阀配合关闭,在确保管道最大压力不超出其承压能力的前提下,创新性地对各分水口调流阀与供水终端调流阀的关闭时间规律进行了效果比较,使输水系统能够更加经济安全地稳定运行,为此类长距离多分水口多泵供水工程的水锤防护提供了优化方向.     

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.     

沿江取水泵站停泵水锤防护措施比较

对沿江取水泵站停泵水锤的特点进行了分析，阐述了3种水锤防护措施即空气阀、空气罐和单向调压塔的原理及边界条件的数学模型，并结合具体实例，应用特征线法对不同防护措施的防护效果进行了数值模拟比较分析。     

长管道输水系统停泵水力过渡过程分析与防护

阐述了长管道输水系统停泵水力过渡过程的特点,结合工程实例,建立了泵出口阀关闭程序的优化模型,并采用遗传算法对模型进行了求解.应用特征线法对事故停泵后的水力过渡过程进行了计算分析,对空气阀和单向调压塔的防护效果进行了数值模拟和比较,提出了相应的水锤防护措施.     

长距离输水管道水力过渡分析及水锤防护措施研究

为避免停泵水锤对长距离输水管道系统造成破坏,有必要对水泵机组及其输水管道进行水力过渡分析,从而提出相应的防水锤措施。采用特征线法,对四川某水厂工程在事故停泵下引起的停泵水锤进行水力过渡计算,分别对无水锤防护措施、二阶段关阀与空气阀联合防护措施以及安装单向调压塔防护措施三种情况进行分析。结果发现:无水锤防护措施下,事故停泵将引起液柱分离再弥合和水泵倒转现象,其倒转速度超过相关规范要求;安装空气阀和改善泵出口阀门关闭规律不能使输水管道内最大水锤压力降低到合理范围之内;安装单向调压塔有效缓解液柱分离再弥合现象的发生,水锤压力在管道设计压力范围之内。     

长距离输水泵站中空气罐参数敏感度分析及正交优化设计

为了探讨长距离输水泵站中空气罐的优化设计方法,以西北某长距离输水工程为例,以泵站水击最大正压水头和最小负压水头作为优化目标,以初始气体压力、高度直径比、连接管直径、进口阻力系数和出口阻力系数为优化变量,基于正交优化设计方法和KYPipe软件,采用极差分析法获得空气罐各参数对于水击最大正压水头和最小负压水头的影响,同时对得到的结果进行排序,比较并找到最优参数组合.结果表明：初始气体压力、连接管直径和出口阻力系数等因素对于水击最大正压水头和最小负压水头的影响程度较大,其中初始气体压力是最敏感的参数,对于最大正压水头和最小负压水头的影响程度最大;经过比较发现最优方案的参数组合为初始气体压力水头50 m、高度直径比4、连接管直径250 mm、进口阻力系数10、出口阻力系数5;相比原始方案,优化方案使泵站的水击最大正压水头降低4.98%、最小负压水头升高64.00%.     

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。     

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...     

射流三通连接滴灌带的水力性能沿程变化规律

为了探究滴灌带沿程水力性能的变化规律,在射流三通进口流量为0.1~1.2 m³/h的范围内,开展射流三通进口流量与出口水头振幅的水力性能试验,发现射流三通连接脉冲滴灌系统的流量阈值为0.2~0.8 m³/h;在脉冲滴灌系统流量阈值的范围内,开展射流三通连接滴灌带沿程脉冲参数试验,研究射流三通连接60 m滴灌带沿程脉冲性能的变化规律,发现当滴灌带进口水头振幅大于1 m时,沿程水头振幅的衰减速率存在突变点,沿程脉冲频率先增大后减小,射流三通在整条滴灌带上均能产生脉冲水流的进口流量设计范围是0.5~0.8 m³/h.在射流三通进口流量的设计范围内,开展稳压滴灌和脉冲滴灌的同台对比试验,结果表明,射流三通连接滴灌带内的水头损失比普通三通连接滴灌带内的降低62.5%~83.3%,灌水均匀系数提高了0.6%~0.9%,流量偏差率降低了1.2%~4.1%;进口流量为0.7 m³/h时,射流三通连接滴灌带灌水均匀度最高.     

沙特某海水泵站水泵选型

沙特某大型海水泵站的设计、采购遵循API相关标准,项目的海水泵执行标准API 610.业主招标文件前端设计中规定海水泵按额定流量为55 000 m³/h对应扬程为16.1 m进行选型,但通过分析,得知招标文件中规定的主机容量不足;同时,投标阶段海水泵报价偏低,中标后承包商存在商务风险.为了解决技术商务风险,详细的设计通过对泵站前后水位变化情况进行分析,并优化设计,海水泵按正常流量为50 000 m³/h对应扬程为16.1 m进行选型.优化后,导叶体式混流泵运行流量范围为50 000~59 100 m³/h,效率为85%~87%,效率曲线平缓,运行范围位于高效区.优化后主机容量满足项目要求.海水泵由抽出式结构优化为非抽出整体式结构.     

进料流量对深海矿石输送设备内流特性影响分析

为研究进料流量对深海矿石水力输送设备内固液流体流动规律及工作性能的影响,建立了由储料罐、钟阀与分离器所组成的设备的三维流场模型,应用计算流体力学理论和Fluent仿真软件对矿石水力输送设备内固液两相流场进行数值模拟,比较不同进料流量对矿石水力输送设备内颗粒浓度、速度、压力分布的影响,进而分析进料流量对矿石颗粒流入储料罐的速度、矿浆分离效率等工作性能的影响.结果表明:进料流量在200 ~320 m³/h内变化,储料罐不同截面处颗粒平均浓度稳定在8 kg/m³左右,最大浓度增大明显;随着进料流量增大,流体运动趋势更加复杂,流动愈加混乱,局部短路回流更加严重,储料罐内浆体压力逐渐增大,不同截面处静压力增大梯度相近,最大动压力变化幅度明显;随着进料流量增大,矿浆分离效率下降,分离器底部矿石颗粒堆积量增加,矿石颗粒流入储料罐的效率下降,实际工作过程应控制进料流量在280 m³/h以下.     

旋转圆盘表面固液两相流动数值模拟及试验研究

基于DPM离散颗粒模型,研究了旋转圆盘表面在固液两相流作用下冲蚀磨损行为,重点分析了颗粒体积分数、颗粒直径、颗粒进口速度等因素对旋转圆盘表面磨损的影响.结果表明,在旋转圆盘表面,磨损量随着半径的增大而增大,磨损量会随着时间而累积增加;当颗粒体积分数由2%增加到5%,圆盘的磨损量逐渐增加,最大磨损量由5.8×10^-7 kg/m²增加到1.3×10^-6 kg/m²,平均磨损量由7.5×10^-8 kg/m²增加到1.7×10^-7 kg/m²;随着颗粒直径的减小,相同体积分数下颗粒数目越多,圆盘的最大磨损量和平均磨损量都逐渐增加,圆盘表面磨损加剧.随着颗粒进口速度的增大,圆盘的最大磨损量和平均磨损量都少量增加.同时经圆盘试验验证,在旋转圆盘表面,随着半径的增大,3种不同材料的试件磨损量都增加,结果与数值模拟相吻合.且磨损形貌由2个磨损区域发展到3个,不同磨损区域的交界线呈抛物线状.     

异常低水头对水泵水轮机压力脉动的影响

为研究水泵水轮机在异常低水头时的压力脉动特性,采用Realizable k-ε湍流模型对水泵水轮机运行于低水头的4个工况点进行了非定常数值计算,得到了蜗壳进口、导叶后转轮前、尾水管的锥管上游和肘管内侧4个监测点的压力信号,并与试验结果进行对比.重点考察了导叶开度37 mm、单位流量0.865 m³/s工况点的压力脉动时域和频域特征.研究结果表明:在异常低水头下,Realizable k-ε湍流模型能够精确地模拟大开度时水泵水轮机的压力脉动;蜗壳入口的压力脉动比较紊乱,在机组刚开启阶段脉动值较大,蜗壳进口压力脉动主频为转频19.78 Hz,说明在此工况下水泵水轮机蜗壳进口的压力脉动受到下游转轮转动的影响;导叶与转轮之间无叶区的压力脉动受到转轮与活动导叶之间的动静干涉作用,呈周期性变化且其主频为叶片通过频率;由于尾水管内部流动及涡带的作用,尾水管内的压力脉动为低频脉动,其主频约为0.35倍转频.     

地下水位与灌溉定额对棉花土壤水分的动态影响模拟

地下水埋深对土壤水势分布及土壤次生盐碱化具有重要影响.以新疆孔雀河流域为例,利用HYDRUS-2D软件对不同地下水位与灌溉定额下的棉花膜下滴灌土壤体积含水率的动态变化进行了模拟.结果表明:当地下水埋深为1.5 m时,地下水对土壤水的顶托作用较强,灌溉定额为3 300 m³/hm²时可使棉花生育期不受水分胁迫;当地下水埋深为2.0 m时,地下水对土壤水的补给能力下降,灌溉调控的作用逐渐加强,灌溉定额为3 900 m³/hm²时属轻度胁迫,对产量影响较小,而灌溉定额为4 500 m³/hm²时,基本不受胁迫,对产量影响极小;当地下水埋深大于2.5 m时,地下水对土壤水的补给作用进一步弱化,灌溉定额为4 500 m³/hm²时属于中度胁迫,会造成一定程度减产.研究结果为指导当地地下水资源开发利用及棉花种植业发展提供了重要参考.     

空气阀型式对压力管道水锤防护的影响

针对目前空气阀在工程应用中的盲目性和随意性,对各种型式空气阀在有压管道中水锤防护进行数值模拟,为空气阀在实际工程应用中的选型提供理论依据.根据水锤理论,建立有压管道水力过渡过程数学模型.结合算例利用特征线法对各种空气阀在有压管道中的水锤防护效果进行数值计算.结果表明:管道凸起点安装传统空气阀可以减小负压,但是同时会引起较大正压;安装孔口面积比ε=0.05~0.20的空气阀组可以有效减小负压并降低正压,上浮压力系数ω接近1.0的防水锤型空气阀也可以起到减小负压,降低正压的作用.选择合理型式空气阀,并对空气阀的参数进行优化,可以显著降低管道内负压,并能防止水柱分离再弥合水锤现象发生.     

旱作水稻水肥耦合模型及经济效应

为了探讨膜下滴灌旱作水稻水分、肥料与产量之间的关系,采用通用旋转组合设计试验方法,进行膜下滴灌旱作水稻水肥耦合模型试验,并对其应用前景进行了比较分析.在供试土壤膜下滴灌条件下,灌溉定额、氮、磷与水稻产量之间符合三元二次回归模型,其一次项、二次项及水氮交互项回归系数均达显著水平,三因素的增产作用从大到小依次为灌溉定额、施氮量、施磷量.采用此模型计算的预测产量与实际产量之间呈高度正相关,预测准确度达99%.由此计算得出最高产量灌溉定额及其施肥量、经济最佳灌溉定额及其施肥量.提出实现目标产量的水肥最优组合方案:若以9 300~9 600 kg/hm²为目标产量,则灌溉定额、氮、磷用量分别为9 730~10 500 m³/hm²,272~363 kg/hm²,136~147 kg/hm²;若同时考虑经济效益,则最佳的灌溉定额、氮、磷肥用量分别为8 500~9 015 m³/hm²,225~240 kg/hm²,90~120 kg/hm².对比不同种植模式表明,膜下滴灌旱作水稻的产量与播后上水直播基本持平,其成本与育秧移栽种植持平,但水分生产效率(1.06 kg/m³)远远高于其他3种种植方式.与传统育秧移栽种植相比较,膜下滴灌旱作水稻节水50%,节约肥料30%以上.     

基于改进空气阀模型的输水系统支管放空过程分析

为了分析复杂管道系统支管上游阀门关闭所诱发的水力过渡过程现象,采用进气量由空气阀安装处逐步向下游推进的方法,建立改进的空气阀计算模型,并以某输水系统为例,分别采用2种空气阀模型开展相应的水锤计算.研究结果表明:采用经典空气阀计算模型时,受支管上游高程较大的影响,支管产生了“虚假”流量,导致仿真结果与工程实际偏离较大;而采用改进的空气阀计算模型时,支管流量逐步减小为0,汇流点主线上游流量逐步增大,下游流量逐步减小,过渡过程中主线各调压井水位有所下降,但并未出现漏空现象;各调压井水位及汇流点稳定压力与恒定流计算(主线流量为121.5 m³/s,支线流量为0)结果最大偏差仅0.16 m.计算结果证明了该改进空气阀计算模型的适用性,并为复杂输水系统的放空及充水过程研究提供了一种新的方法.