输水管线启动填充过程含滞留气团瞬变流数值模拟

针对长距离输水管道系统启动填充过程中水流冲击滞留气团的水气耦合瞬变流现象,考虑水体弹性、气体可压缩性、水-气交界面的动态运动以及多气团间的相互作用,推导建立含多段滞留气团的输水管线启动填充过程的数学模型.提出采用局部插值法动态追踪水气交界面,采用特征线法对数学模型进行求解.计算结果与试验结果的对比验证了该模型能够准确地...     

有压管道中气囊震荡的影响及排气性能分析

有压管道中水流冲击截留气团产生的压力震荡会严重危害管道系统的安全。阐述了截留气团存在的原因及可能存气的条件,分析了不同工况时气囊对管道水锤升压的影响,概述不同类型排气阀的排气性能,并对比分析不同排气性能对管道系统水锤防护的作用效果。结合排气阀理论,说明排气阀产品样本参数对模拟结果存在显著影响。     

输水管道高压水流冲击截留气团计算研究

在含有气团的长输水管道系统中发生的水锤甚至比常规水锤大得多,文章采用水动力学控制方程的一维数学模型,利用特征线方法对管道中高压静水流冲击气团的瞬变过程进行了数值分析,并讨论了气液两相参数对水锤压力的影响.     

变特性长管道内水流冲击气团的刚性数学模型

导出了可模拟分析变特性长输水管道系统内有压水流冲击管道内滞留气团的瞬变流现象的实用刚性数学模型,并通过算例对比分析了该数学模型与现有针对单特性管道的几种简化刚性数学模型的差异,验证了该数学模型的有效性和合理性。     

自流压力输水管路保水堰最小安全超高分析

自流压力输水管路的保水堰是保证稳定供水和安全运行的重要工程措施。本文把调节池输水管道保水堰作为一个水力系统,分析保水堰的工作原理和运行特点,建立动态水流的数值计算模型。利用试验数据对计算模型进行验证后,采用数值方法对保水堰的水流特性进行模拟。结果表明,当输水系统停水时,长管道水流的惯性力作用可能引起调节池的水位跌落和波动,为了防止进水口发生水体脱空现象,保水堰的最小安全超高需大于上游突然停水时调节池的最大跌落深度,从而建立了保水堰安全超高的估算公式。     

长距离输配水工程充水方案研究

充水水力控制是长距离压力输水隧洞及管道安全运行关键工况之一,针对大伙房水库输水(二期)工程输配水系统复杂的结构和组成,文章对充水过程物理机理及模型、充水分段、充水流量、排气问题、气液两相流态等进行了研究,通过对充水过程管道特征点气团压力变化、管道内水深变化、管道内水深变化与气团体积的关系比较,制定了分十一段小流量充水控制方案和操作方法。文章的研究成果为长距离输水工程制定首次运行充水和事故或检修后再充水方案提供借鉴及参考。     

引汉济渭工程长距离有压输水管道水锤计算分析

长距离有压输水管道因水流条件复杂而容易产生水锤现象,进而导致管道系统产生振动或者爆裂.为满足实际输水需要,保证输水管线安全运行,采用特征线法,利用水锤数值模拟软件建立长距离输水管线水锤计算基本模型,通过对引汉济渭二期工程北干线黄池沟配水枢纽至板桥出水池段输水管道系统稳定运行状态、调整运行状态、检修切除管段运行状态(分水...     

基于三维数值模拟分析输水工程取水头部水流特性

通过构建标准k-ε湍流模型、流体体积函数模型,结合有限体积法,在进行输水工程取水头部水流的三维紊流以及水流的高散化计算的基础上,根据"无滑移"边界条件,探究输水工程取水头部水流的复杂流动特性.通过将模拟数据与试验数据对比发现,两组结果相一致.由此可以说明,利用构建数字模型的方式可以准确验证进水口体型的设计,对于相关工程...     

设置消能竖井的船闸输水系统水力计算数学模型

设置竖井式内消能工的船闸输水系统的充水过程由于消能竖井的影响而存在不连续水流,因此其水力计算有别于常规船闸输水系统.本文根据船闸输水系统水力计算的一般原理,建立了该型式输水系统水力计算的数学模型,给出了其相关水力特征值的计算方法.结合乌江银盘船闸设置竖井式内消能工输水系统方案进行了水力计算,通过物理模型试验成果验证了数学模型的合理性,并根据计算结果对该型式输水系统的水力特性进行了初步分析,认为该型式输水系统可有效减小进入闸室的水流能量.     

三峡船闸进水口三维水动力特性数值模拟

以三峡船闸进水口输水系统为研究背景,建立三峡船闸进水口的数值几何模型;同时根据进水口水流具有自由表面及较大弯曲壁面的流动特性,建立计算模型和网格边界。在此基础上,分别对三峡船闸进水口在145.0 m及175.0 m（正常蓄水位）两种库水位条件下输水运行进行了数值模拟,其计算结果与物理模型及原型观测数据对比,较为吻合,说明该数值模型对研究上游引航道通航水流条件及输水廊道的水力特性,具有较好的效果。     

长距离管道输水工程空气阀的配置优化设计

为研究长距离管道输水工程空气阀的配置设计思路及作用,以龙河口引水工程为例,对输水管道中重力流管段和加压输水管段分别采用理论计算和水力过渡过程计算方法进行全面分析。结果表明,在重力流管段末端设置流量调节阀且确定其启闭程序后,管段中空气阀仅需满足充水过程中排气要求即可;加压输水管段中水体汽化压力随空气阀口径增加而增大,减小空气阀口径有利于水锤防护。研究成果对于长距离输水管道空气阀配置具有一定参考价值。     

虹吸管气液两相流压降特性试验

通过系列试验量测了不同安装高度、不同水位差时虹吸管水平管段的压降、含气率及过流量,探讨和分析了虹吸管气液两相流压降的变化规律及气液两相流流型不同时影响管道压降的因素。结果表明,气液两相流管道压降与液相满流时压降规律相同,即压降值随管道水头的增大而增大;但是,与液相有压管流不同,水位差一定时压降值随安装高度的增大而减小。当虹吸管内为气泡流时,气泡存在对沿程阻力系数λ影响很小,可忽略不计。管道实测压降小于计算值的原因是气液两相压降减小率等于流速减小率。当虹吸管内为过渡流和气团流时,气液两相压降减小率与流速减小率相差较大,实测压降的减小不仅与流速减小有关,含气率的大小对气液两相压降的影响也不可忽略,含气率的增大使气液两相流动阻力增大,即压降增大。     

基于钢管道上平段容积法导叶漏水量测量与计算

水轮机导叶漏水量的测量具有一定的复杂性和不稳定性。本文基于钢管道上平段为主要测量段的容积法导叶漏水量的测量与计算,是在钢管道布置及结构分析的基础上建立计算模型,利用高精度压力变送器采集数据,实现自动计算。该计算方法在实际测量中的应用表明：测量精度以及测量结果的稳定性均符合要求,减少了人工计算误差,可以为同类型电站水轮机导叶漏水量的测量及计算提供参考。通过导叶漏水量的精确测量,对水电厂水轮机的检修质量评价以及经济运行分析具有一定的意义。     

有压管道过渡过程的数值计算

基于理想气体状态方程和全新的圆形管道水体积与水深关系数学模型,按照小流量充水原则,结合空气阀的进、排气性质和泄水管的排水特性,对一定的充水流量和不同的放水流量下有压管道充、放水过程中气体压力的变化进行了数值计算。结果表明:在小流量充水的情况下,管内的气体压力不是很高,放水流量越大,对应管段的气体压力越小、管道越危险。     

空气阀水力瞬变数学模型

空气阀是输水管道系统常用的防止水击破坏的智能化安全设备。针对目前空气阀水力瞬变数学模型假设气温T为常数及忽略空气阀高度影响的问题,首先基于等熵流动的气动力学理论,提出了新的空气阀进排气基本方程,然后,把空气阀、配套检修阀和连接管用一个具有自动进排气功能的调压室等效,提出了新的空气阀水力瞬变数学模型及其求解算法。与现有空气阀水力瞬变数学模型相比,在不考虑空气阀高度的条件下,新模型计算的最大水压更大,而负压也更低,这意味着以现有模型计算结果作为设计依据存在安全风险。考虑空气阀高度后,计算的输水管最大水压减小,但是负压也更加严重,因为等效调压室内水体对进排气有阻止延缓作用。此外,以空气阀气体为绝热流动所得计算结果作为设计依据是合理的,偏于安全的,因为在这种情况下计算的最大水压较大而最小水压较小。     

非饱和土二、三维固结方程简化计算方法

针对非饱和土的固结问题的复杂性,为了计算的简化,将非饱和土固结分为3个阶段:初期压密、气压消散和水压消散。假定前两个阶段是瞬间完成的,其后独立考虑水压的消散。分别建立3个阶段的二、三维控制方程,以计算各阶段的气压、水压、骨架应力、相应的土体变形和水量变化。算例的计算结果表明本文方法简便、实用。该简化方法主要适用于饱和度不太高的非饱和土,而对饱和度较高的非饱和土,由于气压消散过程较长,不宜采用。     

有压输水管道系统含气水锤防护研究

本文通过在有压输水管道系统安装空气阀对含气水锤防护进行了实验研究和数值计算。研究表明,在有压输水管道顶端安装空气阀可明显地减轻管道中的正压冲击、降低负压,安装空气阀较没有安装空气阀其最高压力降幅达84％左右、最大真空度降低60％。空气阀进、排气时的流量系数对其压力影响十分明显,在保持较高的空气阀进气时的流量系数Cin的情况下,应尽量降低排气时空气阀的流量系数Cout.     

水电站长输水道管流气泡动力特性研究

本文以水电站瞬变过程中调压室漏空压力钢管中的气液两相流作为研究对象，在模型实验的基础上，探讨了气泡对管道水压变化的影响及其数学描述.由流动的连续性，导出了瞬变过程中计算调压室进气流量的公式；引入了气团质点的新概念，将每一时间步长内进入压力管道的空气视为一个质点；发展了用拉格朗日研究固体质点运动的方法研究气团质点在管道中运动的原理和方法；研究了采用Wylie的自由气体——离散模型计算瞬变压力变化过程.数值计算和模型实验数据的对比表明，本文所发展的数学模型能够较好地描述调压室漏空压力钢管中气液两相流的压力变化过程.     

空气阀口径和型式对压力管线水锤防护的影响

通过ＫＹＰｉｐｅ２０１０水锤分析软件,对空气阀口径和型式的变化进行了分析研究。结果表明:变化剧烈的凸点驼峰位置组合式空气阀的口径调整对整个管线的压力影响非常大,随着空气阀的孔径减小（ＤＮ２００变为ＤＮ１００）,进气量会随之减小,且最大瞬变正压随之减小,但在高点驼峰处的负压有所增大,减小负压的效果一般;在同等口径下（ＤＮ２００）,将组合式空气阀调整为三阶段缓闭型防水锤空气阀,全线的最大瞬时正压水头大幅度降低,水锤防护效果大幅度改进,且全线最小瞬变压力水头为０ｍ,消除了负压;不同空气阀型式消除负压的作用是不同的。     

长距离输水工程弥合水锤防护措施研究

为选择合适的弥合水锤防护措施,针对长距离重力有压力流输水的特点,建立了水力暂态条件下空气阀数学模型,并采用Bentley Haestad Hammer软件对某长距离输水工程进行了弥合水锤模拟计算。计算结果表明：不设空气阀、布设复合式进排气阀与布设防水锤空气阀3种工况下瞬态升压分别为157.0,200.6 mH2O及40.0 mH2O,对应升压比分别为3.75,5.62及1.93;不设空气阀与布设复合式进排气阀条件下均发生了弥合水锤,最大空腔体积分别为350 L和775 L,而布设防水锤空气阀可有效避免弥合水锤;3种工况条件下只有防水锤空气阀升压最低,最大水锤升压较不设空气阀条件下降74.5%,且整体波动最为缓和。通过对3种工况条件下空气阀进排气体积及压力变化情况进行比较分析,可知工况2与工况3空气阀组进排气量差值为2 198~5 558 L,最小压力相差-0.05 ~0.01 MPa,最大压力相差0.38 ~0.89 MPa;工况2空气阀在管线末端检修阀关阀过程中发生了剧烈的进排气体积变化,叠加了关阀水锤,而工况3空气阀在整个计算过程中进排气体积变化较为缓和,气体体积流量及水压峰值得到了有效控制,可以认为防水锤型空气阀是弥合水锤的有效防护措施。