PCCP输水阻力测试及防腐减阻关键技术研究

糙率系数是输水工程设计的重要技术参数,糙率取值的高低直接影响到工程规模的大小及工程投资,国内还缺少令人信服的依据.在专用试验场对管径1.6 m的PCCP进行输水阻力测试,通过在过渡区测试出K值,计算出当水流进入阻力平方区时的λ值(0.010 39)和n值(0.010);同样可以计算出不同管径的管道在进入阻力平方区时的n值.通过试验提出不同环境下适用的管道防腐材料,以解决管道长期保护和局部防腐蚀问题.提出适用于PCCP管道接头间隙的止水材料和工艺方法及合理的减阻措施.     

人工渠道糙率系数影响因素的试验研究

通过物理模型试验资料分析,探讨了矩形渠道的糙率与渠道水深、弗汝德数的变化规律。分析得出:当底坡不变时,随着弗汝德数Fr的增大,糙率n值逐渐减小。在缓流渠道中,渠道糙率n随弗汝德数Fr变化的速率很快;在急流渠道中,渠道糙率n值随弗汝德数Fr的速率较慢。糙率系数n随水深h的变化关系与流态有关。缓流中,随着水深h的增大,糙率n值减小;急流中,当弗汝德数11.51时,糙率系数n随水深h的增大而增大。     

人口径混凝土管水力摩阻的试验研究

大口径混凝土管道供水线路设计中常遇到如何选定管道的糙率或当量糙度的问题。目前，介绍大口径管道水力摩阻的资料较少，一般参考资料给出的糙率为０．０１３～０．０１４．而实际应用中的糙率要较上述值小。为此，在某水库主干渠上对预应力钢筒混凝土压力管常用的两种管径８００和１６００ｍｍ进行了原型观测试验，对两种管径管道糙率的计算结果分别为０．０１０７和０．０１２，此值可直接用于工程计算。     

大型倒虹吸管道综合糙率计算研究

基于新疆北疆某供水工程倒虹吸2006~2013年实测数据,对该倒虹吸进出口水位进行管材糙率反演,用统计分析法并对结果进行加权平均后,最终得出该PCCP管道的综合糙率值0.0115,钢管道的综合糙率值0.0105,该糙率值可为高压力、大直径玻璃钢管道在大型倒虹吸工程的水力学计算中糙率的取值提供依据。     

管道水力摩阻系数的敏感性分析

管道水力摩阻系数的合理取值是输水工程经济、高效运行的关键,尤其是当前广泛采用的大口径输水管道。然而受内壁粗糙度、管径D、流速V、水温T等诸多因素的影响,水力摩阻系数取值存在较大的不确定性。本文对常用摩阻系数进行了系统的敏感性分析,研究表明:同种管材的海森-威廉系数Ch和曼宁糙率系数n均随管径D增大而增大,并且曼宁糙率n的相对增幅远大于海森-威廉系数Ch,当前设计中忽略管径D对曼宁糙率n的影响是造成部分工程水头损失计算误差较大的原因之一。海森-威廉公式对不同管径的适应性优于谢才-曼宁公式,工程设计如采用谢才-曼宁公式,需考虑管径和流速对曼宁糙率n的影响。上述成果可为管道输水工程的设计、运行和管理提供参考。     

人工加糙明渠糙率值与水流流态关系试验

采用3种不同粒径粗糙度的人工加糙明渠和光滑PVC壁面明渠,在9种不同底坡、6组不同的流量条件下,研究了明渠均匀流中糙率值与粗糙度、弗汝德数间相关关系。研究结果表明:(1)相同流量条件下:随着弗汝德数Fr的增大,糙率n值逐渐增大。同一弗汝德数Fr下,粗糙度Δ越大,糙率n值越大。(2)不同绝对粗糙度下:随着弗汝德数Fr增大,糙率n值增大。当Fr0.70时(即缓流),糙率n值与弗汝德数Fr有关,与绝对粗糙度Δ关系不大,即n=f(Fr);当0.7Fr1.0时(即缓流),糙率值n与弗汝德数Fr和绝对粗糙度Δ都有关系,即n=f(Fr,Δ);当Fr1.0时(即急流),糙率n值与绝对粗糙度Δ有关,与Fr关系不大,即n=f(Δ)。     

黄河高村站动床阻力分布

本文取用1934～1996年实测水文资料，分析黄河高村站河床阻力分布，反映年内因水力条件的变化而引起河床河段糙率n的变化。结果表明，对河床因冲淤而引起的阻力变化，枯水期一般淤，n大；汛期一般冲，n小；对于天然河道漫滩洪水和不漫滩洪水，可以分别用它们的糙率平均值进行水力计算，把低含沙量的n值应用到高含沙量的水流中，便于实际应用。     

超大管径PCCP管道的水压试验

PCCP管道安装施工时的水压试验是质量控制的关键，而缺乏规范数据和施工实践经验的超大管径PCCP输水管线安装的水压试验更是重中之重。本文介绍了新疆引额济乌三个泉倒虹吸Ⅱ标工程采用超大管径PCCP的水压试验过程，并对试验结果进行了分析，为超大管径PCCP管道施工积累了经验，掌握了大量的第一手资料，更重要的是为超大管径PCCP管道取得了一系列接口闭水试验的技术数据，为三胶圈超大管径PCCP管道接口闭水试验提供了强有力的保证，并在此基础上为制定超大管径PCCP管道施工安装规程及质量验收评定标准提供了依据。     

昭通鱼洞(四)站河道糙率及卡门系数等参数分析

河道糙率(n)、卡门系数(k)和河槽改正系数(Kw)是计算水面流速系数和浮标系数经验公式中的常用参数,通过鱼洞站的实验研究,n、k、Kw均随水位和断面平均水深的变化而变化,当纵横断面比较规整时,上述参数的变化较为稳定。经过分析,该站k并非常数,而是变化于0.3～0.4之间,Kw≠1而是K=0.93～1.00。     

大型倒虹吸工程水头损失及水力计算

针对三个泉倒虹吸实际过流能力富余、小洼槽倒虹吸实际过流能力不足的问题,基于工程特点及水力设计习惯,借鉴当量糙度的取值方法,分析了不同流量下三个泉与小洼槽倒虹吸的沿程水头损失,并与实测值对比。结果表明:对于三个泉倒虹吸的PCCP管和钢管,用柯尔布鲁克公式计算所得的水头损失与实测值更接近,明显小于水力设计时采用谢才公式所得值;对于小洼槽倒虹吸的玻璃钢管,用柯尔布鲁克公式计算所得的水头损失与实测值也更接近,但明显大于水力设计时采用谢才公式所得值。在此基础上,利用计算获得的沿程水头损失反算得出糙率n值和当量糙度Δ值,发现实际过流能力出现偏差的主要原因是水力设计时采用的谢才公式不适用于大口径倒虹吸管道内的流态。     

大口径PCCP管道沿程水头损失计算探讨

大口径预应力钢筒混凝土管(PCCP管)的沿程水头损失计算应采用谢才公式,其中粗糙系数的取值至关重要.国内推荐的粗糙系数值偏大,并缺少科学试验数据.通过现场测试,得到浇DN 2 200的PCCP管粗糙系数在0.011 0～0.011 4之间,均值为0.011 3,此值可作为长距离输水工程大口径PCCP管粗糙系数参考值.     

圆管壁粗糙度对圆管内流态影响研究

基于尼古拉兹圆管实验思想,利用颗粒流程序中的流体计算模块,实现了对圆管壁粗糙度的模拟,进而分析了不同粗糙度对圆管断面流态分布的影响以及在不同压力差作用下平均流速与圆管壁粗糙度之间的关系。研究结果表明:圆管内流体流速受管壁的扰动影响,在横截面上呈U型分布,而非抛物线型分布;圆管壁对管内流体流态的影响范围随管壁粗糙度变化而变化,圆管管壁相对粗糙度越大,管内受扰动流体范围越大,即管内层流范围越小;在管壁粗糙度一定的情况下,圆管断面流量随上下端面压力差的增大而增大;在相同压力差作用下,圆管断面流量随管壁相对粗糙度增大而逐渐减小,颗粒的阻流作用明显;随着管壁粗糙度的增大,圆管上下端面受压力差作用的影响范围也随之增大,使管内流体流态变得更加复杂。     

缅甸DAPEIN(Ⅰ)水电站岔管优化设计

根据缅甸DAPEIN(I)水电站压力管道段工程布置及地质条件,选择埋藏式钢岔管和钢筋混凝土岔管两种岔管类型,分别建立三维有限元数值模型,从岔管位置的确定、岔管的体型设计、应力应变等方面进行分析。结果表明:钢岔管围岩属Ⅳ类,相对较差、管壳及管壁应力较大,焊接工艺复杂、施工制作困难、造价较高;钢筋混凝土岔管围岩属Ⅱ-Ⅲ类,采用对称"Y"型结构,岔口附近应力集中,双层配筋,并对围岩进行固结灌浆及回填灌浆等措施。     

厚倒丁字型高强度混凝土墩墙施工期水管冷却温控效果研究

为了制定合理的水管冷却方案,基于ANSYS有限元仿真方法,计算了厚倒丁字型高强度混凝土结构在无水管冷却、单排水管冷却及双排水管冷却工况下的温度、应力变化规律,探讨其施工期水管冷却温控防裂效果。结果显示:采用单排或双排水管冷却方案后,高强度混凝土墩墙内外温差分别降低了42%和90%,外表面早期应力分别减小了40%和80%以上,内部后期应力分别减小了20%和75%以上。可见,双排水管的冷却效果明显优于单排水管,可有效避免混凝土墩墙开裂风险。结果表明,在厚倒丁字型高强度混凝土结构施工期,冷却水管布置应较密集,水管间距以1 m以内为佳。     

Parameter Estimation in Water Distribution Networks

Estimation of pipe roughness coefficients is an important task to be carried out before any water distribution network model is used for online applications such as monitoring and control. In this study, a combined state and parameter estimation model for water distribution networks is presented. Typically, estimation of roughness coefficient for each individual pipe is not possible due to non-availability of sufficient number of measurements. In order to address this problem, a formal procedure based on K-means clustering algorithm is proposed for grouping the pipes which are likely to have the same roughness characteristics. Also, graph-theoretic concepts are used to reduce the dimensionality of the problem and thereby achieve significant computational efficiency. The performance of the proposed model is demonstrated on a realistic urban water distribution network.     

三峡工程塑料冷却水管现场试验与研究

将塑料水管作为大坝混凝土的冷却水管在国外已得到较广泛的使用 ,而国内仅在二滩水利枢纽中普遍使用。在三峡工程中进行塑料水管替代黑铁管作为混凝土冷却水管现场试验 ,分析比较其冷却效果 ,以便在满足三峡工程实际应用的前提下 ,寻找合适的塑料管材、施工方法与施工工艺。此次试验表明 :三峡工程采用塑料水管代替黑铁管作为坝体冷却水管将在简化施工、进度和温控效果上带来一定效益     

基于层次分析法的长距离输水工程管材适应性评价

大口径长距离输水管道是当前水资源调配的主要手段,在保证水质、管材及线路选择、施工灵活性等方面相对于渠道输水有着较大优势。长输管道工程中管材的选择对工程的运行安全和工程造价至关重要。本文详细分析了钢管、预应力钢筒混凝土管等管材特点,基于层次分析法理论（AHP）,建立了长距离输水工程管材适应性评价指标体系,以新疆某长距离输水管道工程为实例,针对钢管、球墨铸铁管、预应力混凝土钢筒混凝土、PVC管等不同管材的适应性进行评价,对比分析最终确定了管道最优选取方案。该方法能科学的评价管材适应性,对于长距离输水工程管材选型设计具有重要的工程应用价值。     

大体积混凝土闸墩施工期冷却水管布置方案研究

采用模拟冷却水管冷却效应的直接算法对大体积混凝土结构内的冷却水管的冷却效应进行了模拟,根据闸墩结构特性进行了不同水管布置方案的比较,并与无冷却水管措施的方案进行对比,且提出了最优的冷却水管布置方案。结果表明,冷却水管直接算法可以很好地模拟冷却水管在闸墩施工期对混凝土的降温效果。本研究可为闸墩混凝土施工期温控措施的制订提供参考。     

一个基于多因素的冷却水管等效换热系数模型

基于热对流、传输微分方程及有限单元法,研究了冷却水流速、管壁粗糙度及导热系数对混凝土与冷却水之间的等效换热系数的影响。在分析各单因素影响的基础上,提出了包含冷却水流速、管壁粗糙度及混凝土导热系数等因素的冷却水管等效换热系数模型,可较好地预测多影响因素条件下混凝土与冷却水间的换热规律。模型表明,等效换热系数与冷却水流速、管壁粗糙度及导热系数均呈幂函数递增关系,其大小取决于多因素耦合效应。相较而言,粗糙度对等效换热系数影响仅在其取值较小时最显著;混凝土导热系数变化的影响较小;冷却水流速的影响介于二者之间。     

混凝土水管冷却温度场的计算方法

针对混凝土水管冷却温度场的计算问题，在目前用有限单元法迭代算法近似求解的基础上，根据水管与混凝土之间热量交换的平衡原理，提出了一种新的计算方法，并且数学上完全严密。采用该方法和文中所建议的沿程水管边界单元的搜索技巧，可以方便地严格模拟实际工作中蛇形水管的走向，提高计算精度。同时，针对实际工程中为提高温度场和温度应力场的计算精度带来计算量大的问题，提出了利用有限单元法的并行计算技术以及子结构技术两种方法，降低计算规模。