管道泄漏检测中瞬变流非恒定摩阻模型的研究

基于瞬变流反问题分析,管道泄漏检测首先需要准确模拟管道的非恒定流.非恒定摩阻和管道泄漏两个因素都直接影响着瞬变水击波形的畸变和衰减特性.本文详述了近年来几种代表性的非恒定摩阻模型,并根据实际工程需要研究了与瞬时加速度相关的IAB模型,给出了离散网格和求解方法,将其应用于文献数据和物理模型试验,压力波形对比表明该模型比传统水击模型更能精确的模拟水击波的衰减,但是鉴于实际水击过程中壁面切应力的复杂性,此模型仍然不能完全真实的反映水击实测波形的全貌,IAB模型中的摩阻系数仍需要现场率定.     

空气阀气液两相动态特性研究综述

空气阀用于解决管道输配水工程中存气、补气问题,并预防断流弥合水锤的重要辅助设备。空气阀的进/排气过程是一个复杂的气液两相瞬变过程,其动态特性参数(包括进/排气流量系数、阀室内剩余气体体积、阀门关闭时长、阀门启闭时间等)直接影响系统的水锤防护效果。通过对空气阀动态特性相关的选型和布置、模型试验和数值模拟等方面的研究成果进行回顾综述,指出当前研究对空气阀动态特性参数的响应机理和临界阈值尚不明确,有必要在大比尺系统试验分析的基础上,明确空气阀结构特性及动态参数对两相瞬变过程的响应机理,完善现有的数学模型,进而给出空气阀设计、检测、选型、优化布置等的理论依据。     

排水系统入海口新型消能工

通过实体模型试验研究了某排水系统入海口水工建筑物的水力性能,设计提出一种新型的墩栅涡流室消能工。该新型消能工的水力特点是:流出排水隧洞的高速水流大部分通过进口墩栅空隙流入涡流室,小部分在进口墩栅前发生水跃后扎入涡流室中产生强烈的顺时针漩涡,通过水跃、墩栅的阻力和涡流室漩涡的共同作用消能,并将来流的动能转换为势能,之后,涡流室中的大部分水流在重力作用下通过出口墩栅空隙流向下游,其余水流从墩栅顶部溢流。这种新型的墩栅涡流室不仅消能效果良好而且出流均匀,并容许各种杂物如石块、泥沙等自由通过,避免涡流室中发生严重的淤积。     

引渤济锡海水输送工程

引渤济锡海水输送工程是内蒙古锡林郭勒盟恢复草原生态和实施以发展电力和煤化工为主体的褐煤开发战略的基础工程。该工程是从渤海引海水，通过辽宁省的葫芦岛市、朝阳市和内蒙古的赤峰市到锡林浩特，本阶段设计年输海水3．65亿甜。该工程将与锡林格勒盟地区待建的煤化工、海洋化工、生态工程形成新型的循环经济发展产业链。长距离输送海水是一个世界性的新课题。现研究了长距离海水输送的特点，提出了应对海水强腐蚀、海生物附着所引起的污损问题和输送过程中防泄漏和渗漏问题的工程措施，采用一条夹砂玻璃钢管管线结合隧洞和一座在线调节水库的输送海水方案，包括：设9座泵站，设计总扬程1147m海水水头，线路全长607km左右，其中玻璃钢管全长290km，直径3．2km，隧洞全长317km，输海水总成本为4．1元／m左右。引渤济锡海水输送工程的建立，标志着我国海水综合利用进入一个新的历史阶段，工程本身具有下述特点：输送海水流量、距离、扬程综合指标，世界第一；内径3．2m夹砂玻璃钢管是国内目前采用的最大管径的玻璃钢管。此外，引渤济锡海水输送工程的建设不仅能够促进锡林郭勒盟地区经济的持续发展，而且具有下述重大战略意义：一是通过“盐田置换”方式促进环渤海经济区建设；二是为发展制盐工业提供了新的发展模式；三是为我国开发内蒙古、新疆维吾尔自治区巨大的煤炭资源、恢复生态系统提供了一条新的思路。     

管道充水过程气液两相流动力学特性分析

管道充水过程涉及复杂的气液两相瞬变过程,合理分析、评价其两相动力学特性对工程的优化设计、安全运行,以及数值模拟研究具有重要意义。基于量纲分析和相似理论,建立了充水过程的气相模型相似律,认为通气孔排气过程的动力相似律可近似套用重力相似律,据此推导出了管内滞留气囊原、模型的几何比尺关系。将建立的气相模型相似律应用于南水北调北京段西四环暗涵通气孔水工模型试验,分析了充水全过程中两相流各动力学测量参数,得出暗涵合理的充水流量。最后采用定量和定性分析相结合的方法,对管道中滞留气囊对输水能力的影响进行了评价。     

Simulation and analysis of ice processes in an artificial open channel

The Middle Route Project for South-to-North Water Transfer, which consists of a long artificial open channel and various hydraulic constructions, is a big water conveyance system. A numerical modeling of water conveyance in the ice period for such large-scale and long distance water transfer project is developed based on the integration of a river ice model and an unsteady flow model with complex inner boundaries. A simplified method to obtain the same flow discharge in the upstream and downstream of the structure by neglecting the storage effect is proposed for dealing with the inner boundaries. According to the measured and design data in winter-spring period, the whole ice process, which includes the formation of the ice cover, its development, the melting and the breaking up as well as the ice-water dynamic response during the gate operation for the middle route, is simulated. The ice characteristics and the water conveyance capacity are both analyzed and thus the hydraulic control conditions for a safety regulation are obtained. At last, the uncertainties of some parameters related to the ice model are discussed.     

可控高扬程水锤泵模型试验

为解决现有实验室厂房高度不足,无法对水锤泵高扬程的性能进行模型试验的技术难题,提出了一种高扬程水锤泵模型试验的设计方法。根据水力学原理,通过在试验平台的扬水管线路上,并联增设可调节局部阻力元件的技术,实现了水锤泵扬程的控制和调节。利用该技术开发了可控高扬程水锤泵实验平台,并对研制的新型水锤泵进行模型试验,验证了该技术用于研究水锤泵高扬程性能的可调节性和稳定性。试验结果表明,新型水锤泵的效率最高可达70%;以日扬水量大于1 m3作为临界点,可将水扬送至42倍作用水头的高度,大于同尺寸水锤泵的32倍。     

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。     

管道泄漏检测全频域法试验验证及抗噪性研究

本文通过实体模型试验,将作者提出的全频域方法检测管道泄漏技术应用到泄漏参数的辨识中,以验证方法的可靠性。结果表明,该方法检测泄漏流量误差小,定位精度高。对全频域法辨识的结果进行了讨论,指出阀门关闭时间相对较长可能无法获得足够的激励压头峰值,建议该法在应用中利用阀门快速关闭产生瞬变信号。分析了阀门边界处理方式对频域数学模型的影响,指出阀门激励产生的流量变化一般不能简单的视为脉冲函数,应考虑其变化曲线形状对水力瞬变的影响。最后研究了全频域模型的抗噪性,结果表明泄漏检测全频域法具有较高的抗噪声干扰能力。     

黄河宁蒙河段冰情预报决策支持系统的设计与开发

以黄河宁蒙河段为例，在对河段历史冰情变化规律及其影响因素分析的基础上，建立冰情预报数据库，进行数据挖掘，并以地理信息系统（GIS）为平台，以水文学流量演算、热力学、冰水力学等原理为基础，结合相关经验预报模型，建立用实测资料进行参数率定的冰情预报概念性数学模型和人工神经网络模型，初步探讨了集信息查询、模型参数率定、气温预报、冰情预报等功能为一体的冰情预报决策支持系统的设计与开发。