充水速度对空气阀驼峰管段水力特性的影响

常规操作规程建议长距离管道系统的初始充水速度应小于0.3 m/s,但该方案偏于保守和低效。对比若干种速度较大的空管充水方案,分析其对装有空气阀的驼峰管段(简化模型)水力特性的影响,同时考虑两相流动和空气阀浮球的刚体运动特性。应用格子玻尔兹曼方法进行各充水方案的数值模拟,分析了驼峰管及空气阀的瞬态流动特性,包括流速分布、关阀残余气团分布、空气阀排气速度对比、空气阀浮球位移变化过程等。结果表明,随着充水速度增加,空气阀快速关闭产生的二次水锤压力近似线性地增大,而残余气团体积分数则呈近似抛物线的增长趋势。该研究结果对输水工程的空管充水操作具有参考意义。     

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.     

大鹏支线管道放空过程数值模拟

计算采用SWMM软件对大鹏支线供水管道停水检修通过沿程放空阀的控制进行全线放水及分段放水的过程数值模拟.在放水时间、最大流量等模拟结果分析的基础上,提出二种放水方案的差异.     

旁通阀对长距离重力流输水管线水力过渡过程的影响

为研究旁通阀在长距离重力流输水管路检修过程中的作用,基于特征线法,建立了旁通阀计算模型.结合某大型重力流输水工程,对设置旁通阀与否的管路水力过渡过程进行了分析.结果表明,不设置旁通阀时,检修阀关闭会引起系统较大升压;设置旁通阀后,系统压力波动明显变缓,最高压力包络线与设计压力线在检修阀下游几乎重合,在检修阀上游稍有升高,相应地,最低压力包络线在检修阀上游与设计压力线稍有下降,在检修阀下游几乎重合.通过调试检修阀与旁通阀的关闭规律可以发现,检修阀关闭时间一定时,旁通阀关闭时间越长,最大压力越小,压力波动越平缓;而旁通阀关闭时间一定时,检修阀关闭时间的变化对压力波动形状影响不大,但会影响压力波动的开始时刻.同时,对不同管段检修工况压力极值统计发现,旁通阀对系统不同位置管段的防护程度不同,对起点和末端管段的压力防护作用最大.     

长距离输水系统停泵水锤的数值模拟

运用瞬态水力学理论和特征线方法,结合某实际工程,对联合采用空气阀、泄压阀和二阶段缓闭蝶阀进行水锤防护的长距离有压输水管道系统的事故停泵水力过渡过程进行了计算和分析,得到管线沿程的水锤压力包络线和空化体积曲线,以及典型断面的压力时程线.计算结果表明,采用两阶段缓闭蝶阀、泄压阀和空气阀进行水锤安全防护是十分必要的,有利于抑制正水锤压力的继续升高和阻止负水锤压力的持续降低,防止断流弥合水锤的发生.但从计算结果看,管内仍存在局部空化现象,需要进一步优化空气阀的布置.     

长距离输水系统停泵水锤的数值模拟

运用瞬态水力学理论和特征线方法,结合某实际工程,对联合采用空气阀、泄压阀和二阶段缓闭蝶阀进行水锤防护的长距离有压输水管道系统的事故停泵水力过渡过程进行了计算和分析,得到管线沿程的水锤压力包络线和空化体积曲线,以及典型断面的压力时程线。计算结果表明,采用两阶段缓闭蝶阀、泄压阀和空气阀进行水锤安全防护是十分必要的,有利于抑制正水锤压力的继续升高和阻止负水锤压力的持续降低,防止断流弥合水锤的发生。但从计算结果看,管内仍存在局部空化现象,需要进一步优化空气阀的布置。     

数字孪生长距离引水工程检修排水及充水历时的确定

长距离有压重力流引水工程单管输水,其检修排水及充水所需要的时间是检修期间工程停供水后的应急供水调度计划决策的依据。长距离引水工程检修排水及充水历时受到上游水库水位、检修闸门或阀门的过流特性、管道糙率、满流波速等诸多因素影响。为了及时准确地确定检修排水及充水历时,可以基于数字孪生长距离引水工程进行研究。以某长距离引水工程为例,根据监控系统提供的库水位、测压点压力等实时采集值,进行虚实数据交互,确定数字模型参数,使得数字模型逼近物理实体,建立物理实体的数字孪生体。采用一维水动力学模型对检修排水过程和检修完成后的充水过程进行数值计算,排水过程圣维南控制方程以水位和流量为变量,而充水过程则以水深和流量为变量。软件界面采用Java编程,后台数值模拟部分采用Python编程语言。     

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.     

大梁水库放水系统过渡过程研究

大梁水库是引黄工程北干线上一个以城市供水及工业用水为主的水利工程,该水库主要用于对总干线上总流量进行调节,使得总干线在停运期间能够持续对下游用户供水,使得水资源得到充分合理的利用。主要研究水库放水系统,通过运用数值模拟与理论计算相结合的方法,对放水系统过渡过程进行计算和分析。结果表明:高压调流阀开启与关闭可采用100s线性规律,管道系统的最低压力发生在最大泄流流量时阀门关闭工况,位于高压调流阀出口。     

长距离输水工程停泵水锤的空气罐与气阀防护比较研究

针对寒冷地区长距离输水管道户外设置水锤防护措施困难的特点,提出了空气罐方法的水锤防护措施,阐述了空气罐的工作原理,推导了空气罐和空气阀的边界条件的数学模型,并结合北方某工程实例,应用特征线法对采用空气阀和空气罐两种不同措施的防护效果进行数值模拟和比较分析,并且计算出管道出现汽化时气体体积变化。结果表明空气罐能有效消除空化体积抑制事故停泵后管道内剧烈的压力波动,是一种有效的水锤防护措施。     

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。     

空气阀在有压输水管路中的水锤防护作用

以输水管径为2.2 m的某长距离泵站输水系统作为研究对象,运用水锤理论及特征线方法,对泵站输水系统进行泵机组事故断电工况下的过渡过程计算,发现管路节点上存在较大负压,其中最大负压水头为-5.9 m.在管线上布置空气阀对负压进行控制,根据工程上空气阀的布置原则,在管线上安装18个空气阀,分别计算在空气阀流入流量系数依次为0.95,0.75和0.62,流出流量系数依次为0.65,0.45和0.62,以及孔口面积分别为0.018,0.071和0.196 m2下的水力过渡过程,得出在管线上安装空气阀的情况下,最大负压水头已控制在-1 m以内,比较分析空气阀的流入流出流量系数、孔口面积对水锤防护的差异,得出在3种空气阀流量系数下最大负压水头依次为-0.69,-0.70和0.71 m;3种孔口面积下最大负压水头依次为-0.88,-0.69和-0.67 m.对于输水管径为2.2 m的泵站输水系统,采用空气阀流入流量系数为0.95、流出流量系数为0.65,空气阀孔口面积为0.196 m2时,可对管路中的负压进行很好的控制.     

不同管径水平管道气液两相流动数值模拟

为更好了解管道中的气液两相流运动过程,揭示气液在不透明管道中的分布规律及运动形态,提高管道自压输水在实际工程中的安全性.基于已有研究成果,应用Fluent软件进行三维水平管道的数值模拟研究,并分析了不同管径、流速下两相流流态,及压力、流速等各项水力要素的变化.结果表明:三维CFD模拟可较好地展示管道气液两相分布规律;增...     

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,水池后的重力流段采用减压阀与调节池串联的方式进行消能.停泵工况下为避免高位水池漏空,需要关闭各个减压阀.为了防止关阀产生的升压水锤超过管道承压标准从而发生爆管事故,同时考虑到各调节池水位波动的影响,选择不同关阀方案进行对比.计算结果表明,本工程空气罐较优体积为15 m³,停泵后减压阀采用120 s一段直线关闭.由于减压阀后设置调节池,相继关阀和同时关阀对结果影响较小.研究结论为同类供水工程的设计和安全运行提供了参考.     

30PY摇臂式喷头掺气与掺液的抽吸性能试验

为了实现摇臂式喷头在较低的工作压力下工作,在原有结构基础上设置掺气管结构,形成水气两相射流开展喷灌作业.掺气管的吸气功能也可用于抽吸叶面肥液、药液,从而实现摇臂式喷头的多功能用途.为了掌握该结构的抽吸能力,选择掺气管的内径d,伸缩长度L以及摇臂式喷头喷嘴的收缩角度θ为影响因素,试验研究30PY摇臂式喷头掺气管堵住时形成的真空度以及抽吸水时的质量流量.结果表明:在相同喷头工作水压力下,喷头的喷嘴收缩角θ在30°~65°的试验范围内增大时,喷头的工作水流量减小,从而影响掺气或掺液时的混合比例;掺气管缩距离L相对喷嘴出口端面为0,当L从-4~6 mm移动时,掺气管的抽吸能力从0逐渐增大到最大,L取值2 mm为推荐值;掺气管内径d越大,摇臂式喷头的工作水压力越高,则掺气管抽吸流体的流量越大.     

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.     

泵系统中柔性阀门漏水引起的自激振动分析

为了研究阀门的漏水过流特性及自激振动机理,应用特征线法对供水工程泵系统中柔性阀门漏水引起的自激振动进行分析,得到阀门上游测压管水位随时间的变化曲线.通过改变该泵系统的管长、管材与阀门漏水流量等,形成2个对比方案并进行数值模拟自激振动过程.结果表明:管道的长度及管材对自激振动的幅值、周期以及振幅增长速率影响极大;阀门的漏水流量对自激振动的幅值及周期影响较小,但对系统的振幅增长速率影响较大.任由自激振动发展,将会导致爆管事故的发生.     

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.