穆祥鹏[1]2008年在《复杂输水系统的水力仿真与控制研究》文中认为修建大型长距离输水工程是调节水资源时空分布不均,解决水资源供需矛盾的最有效、最直接的手段。输水系统在发生水力过渡过程时系统沿线的水力要素随时间发生急剧的变化,如不在设计与运行时加以控制,往往会超出恒定流的设计范围,对输水过程造成不利影响。因此,在设计和运行管理阶段都必须对水力过渡问题给予足够的重视,才能确保工程的安全与可靠。对输水系统在各种工况下的水力仿真和控制进行系统全面的分析和研究势在必行。本文以复杂的输水系统为研究对象,通过输水系统整体数值模拟与局部模型试验相结合,针对引发输水系统过渡过程的流量调节、泵站事故、检修、不对称输水以及管道充水等各种工况,构建相应的数学模型,在对各种不同的水力过渡过程进行模拟仿真的基础上,研究复杂输水系统在不同工况下的非恒定流水力特性,并从工程设计和运行角度提出针对相应非恒定流工况的水力设计与控制原则,本文的主要结论可以概括成如下几个方面:(1)针对代表复杂输水系统水力过渡过程的无压流、有压流、无压接有压、明满流交替等不同非恒定流过程,对特征线法和隐式差分法进行对比,研究和确定了两种方法在不同输水方式和水流状态下的适用性。通过采用自由气体-液体离散模型和变波速模型对气液二相瞬变流的模拟,对气液二相流的水力特性进行了分析和研究,并对自由气体-液体离散模型和变波速模型的适用性进行了研究。(2)根据不同流态,通过物理模型试验对保水堰的流量系数、局部损失系数、淹没系数等特性参数进行了测量和分析,并对保水堰的流量系数、淹没系数对水力仿真的敏感性进行了分析。利用模型试验数据对巴甫洛夫斯基的堰流淹没系数数据进行了补充,并构造了保水堰淹没系数关于淹没度的函数曲线,对保水堰的边界提出了动态淹没系数的改进方法,可以很好的模拟保水堰的各种流态变化,为保水堰过渡流态的准确模拟提供了一种可供借鉴的方法。(3)分别建立了无压接多孔并联分段低压输水系统的流量调节、事故停泵、单孔检修的水力仿真模型,预测过渡过程中输水系统的压力、水位、流速和流量等水力参数的变化规律,对分段低压输水结构的水力特性进行分析,寻找可靠合理的输水运行控制方案。提出了复杂输水系统的流量调节及事故停泵的水力控制原则。针对长距离并联输水箱涵的检修操作,提出了一种补水的控制方法,通过在检修箱涵的首尾设置补水孔,利用非检修箱涵向检修箱涵补水,对长距离并联输水箱涵单孔检修所造成的闸后检修箱涵脱空进行了有效控制,该控制方法对于长距离有压输水系统具有一定的推广应用价值,对于长距离并联输水箱涵连续关闸和变孔数运行等运行操作的水力控制也有一定的借鉴意义。(4)建立了多孔并联的无压接有压的输水系统的不对称输水仿真模型,对于无压段的不对称输水对下游有压管段的影响进行了分析,针对于有压段的不对称输水问题,为连续关闸和连续开闸的操作确定了最佳的闸门操作序列,并将补水的方法成功应用于连续关闸的过渡过程控制,最后提出了长距离输水系统不对称输水的控制原则。(5)将虚拟流量法与隐式差分法相结合构建了有压管道充水操作的数学模型,实现了对有压管道充水过程的准确模拟,对有压管道在充水过程中的水力特性进行了分析和研究,并在水力仿真的基础上提出了变流量充水的控制方法,既保证了充水过程中输水管道的安全,又缩短了管道的充水时间。(6)针对水力控制中出现的具体问题,对分段低压输水系统各输水单元的具体建筑物指标和参数反映出的单元之间的相互联系进行分析和研究,最后在水力控制的基础上提出了分段低压输水系统的整体优化设计原则,此优化原则可以作为分段低压输水系统的设计依据,有较大的推广应用价值。
孟弯弯[2]2016年在《面向大水网复杂输水系统水力仿真及运行控制研究》文中认为随着城市的需水量与日俱增、水资源时空分布不均,水资源供需矛盾日益突出,开发建设大规模、长距离、跨流域供水工程成为必然趋势,它是解决水资源分布地域差异、缓解供需矛盾的有效工程措施。中部引黄工程是山西省“十二五规划”大水网建设中一项重要的工程,该工程线路长,输水形式多变(隧洞、渡槽、埋涵、倒虹吸等),水流条件复杂多变,运行管理时安全问题突出。本文结合该工程开展了管渠输水系统过渡过程的数值模拟软件开发及计算分析,主要研究内容如下:(1)基于一维明渠非恒定流和管道非恒定流理论以及变时步法,建立有压管道和无压明渠联合计算的数学模型。(2)对复杂输水系统水力仿真数学模型的改进。在管渠联合计算数值模型的基础上,对摩阻计算和时间步长计算方法进行改进,以期使数值模拟结果更准确。(3)建立不同输水方式边界的水力计算模型,包括无压隧洞与倒虹吸的衔接,马蹄形截面的简化计算方法,不同截面形式的无压隧洞间的衔接,闸门与分水口的计算模型等。(4)采用Visual Basic 6.0作为开发语言,开发功能齐全、性能可靠、操作简单、界面友善的长距离复杂输水水力过渡过程计算分析系统。(5)结合山西省中部引黄输水工程,对其进行水力过渡过程模拟计算,确定该供水系统的安全运行方式,并分析闸门调控规律。研究主要结论:(1)瞬变流摩阻计算采用MIAB摩阻模型代替“拟稳态”计算模型精度更高;改进的调整波速法计算时间步长更切合实际。(2)基于改进的管渠联合计算数学模型,采用Visual Basic和SQL sever2000开发的复杂输水系统过渡过程模拟计算分析系统,数值模拟计算得出结果符合一般水力学规律,可靠性较高,可作为相关技术人员的水力调度依据。(3)采用已开发的输水计算分析系统,对山西省中部引黄输水工程过渡过程进行数值模拟,分析结果得到:①闸门调控的普遍规律,即闸门的开启速率对最终的稳定流态没有影响,闸门开启速率越大,水位变幅越大;②确定了该工程的闸门安全运行模式;③设计工况下,采用合理的运行模式,明渠和管道均能满足安全输水要求,验证了工程设计的合理性。
杨德明[3]2018年在《山西省松溪长轴取水泵站供水系统水力特性研究》文中认为随着国民经济水平的提高,对于供水工程建设的要求也随之增多,不仅要确保工程的安全性、经济性、稳定性,还要积极采用新技术、新材料、新设备等使供水工程更加环保高效。而提水泵站作为供水工程的主要形式之一,故对其的设计与建设应满足人们更多的需求。如今大部分泵站地处地形复杂的山区中,且多为长距离高扬程的灌溉提水泵站,而长轴取水泵站具有安装面积小、汽蚀性能好、启动方便等优点,且适用于高扬程、流量大、扬程变幅较大的工况,故长轴取水泵站被广泛的应用,如贵州塘寨电厂工程、宁夏红寺堡扬水工程、山西杜河提水工程、长治后湾水库扩建工程等。但长轴取水泵站在运行过程中会产生振动现象,从而导致泵机组效率降低,甚至机组会发生故障。此外,较大的变幅水位也对泵站的运行方式也提出了更高的要求。所以对长轴取水泵站这种新兴供水系统的水力特性研究成为重中之重。长轴取水泵站供水系统的研究主要包括长轴取水泵站和重力流的水力特性研究,提出供水系统水锤防护措施的决策,确保泵站的安全运行。在现有的国内外成果基础上,本论文结合山西大水网松溪长轴取水泵站供水系统,研究内容如下:(1)简单概述长轴泵站的基本理论,从水泵转速这方面分析长轴取水泵振动及机组效率低的原因。(2)建立长轴取水泵站的稳态数学模型,在水位变幅较大的情况下,计算泵站的稳态运行工况,基于目前先进的变频技术,实现长轴取水泵站在水泵的高效区内去寻求其最优转速。(3)建立重力流水力过渡过程的数学模型,计算其稳态及无阀防护下的过渡过程,基于设计中采用的末端调流调压阀进行分析对比,选出合理的关阀方式。(4)研究进排气阀、调流调压阀的工作原理和特点,建立其数学模型,分析边界条件,在此前提下计算过渡过程,优选关阀方式。(5)根据已建立的稳态数学模型、水力过渡过程数学模型及初始、边界条件,应用Visual Basic 6.0编程语言和SQL数据库,开发供水泵站水力特性分析系统。(6)以山西大水网中的松溪供水工程为例,对长轴泵站的稳态、变速调节、过渡过程及重力流的过渡过程进行数值计算。
穆祥鹏[4]2004年在《长距离输水系统的过渡过程数值计算及水力特性研究》文中研究指明由于流量调节或事故等原因长距离输水系统的恒定流条件被破坏,系统内发生非恒定流的现象称为输水系统的水力过渡过程。过渡过程发生时输水系统沿线的水力参数随时间发生急剧变化,往往超出恒定流的设计范围,从而对输水系统造成不利影响,故对输水系统过渡过程的研究对于输水工程的设计和运行是十分必要的。本文在前人研究、总结的理论基础上,对输水系统水力过渡过程中普遍涉及的几个问题进行了研究,提出了相应的结论。并结合实际工程对水力过渡过程进行了数值计算和理论分析,在寻求过渡过程的通用解法的同时,也为工程的设计和运行提供了科学的依据和建议。本文的研究主要包括以下几个方面:(1)对二相流的水击波速进行分析,把Pearsall提出的可变波速公式引入特征线法,针对水击波速变化的特点用线性插值的特征线法编制程序,对有压管道模型进行水击计算。通过计算本文研究了水中含有自由气泡的管路在水击时管道初始水头及管道特性等敏感因素对水击波速变化的影响,得出了上游水头降低、相对管壁厚增加、管材弹性模量增加都会引起水击波速变化加剧的结论,并对在水击计算时中采用固定波速值将引起较大偏差的情况进行了分析与总结。(2)针对输水系统在水力过渡过程发生时管道流态不断发生变化的特点,本文以流态为依据来计算系统的沿程摩阻系数,提高了过渡过程的计算精度。(3)针对调水工程水力过渡过程的处理中最为复杂的多段有压管道和多段明渠相结合的输水形式,应用Preissman虚拟缝理论对有压管道和明渠采用统一的插值特征线法进行求解,针对管道水击波速和明渠水面波速相差甚大的情况,对有压管道和明渠采用不同的分段长度,并提出了切实可行的时间步长取值方法。通过建立数学模型对实际工程的过渡过程进行计算分析,在验证了数学模型的可行性的同时,也为工程设计提供了依据和建议。
李晨煜[5]2017年在《闸前溢流井在长距离调水隧洞中的水锤防护特性研究》文中研究说明在有压管路中,由于阀门突然关闭、水泵机组突然停车等原因使水流速度发生突变,从而引起压强急剧升高和降低的交替变化,这种变化以一定速度向上游或下游传播,并且在边界上发生反射,这种水力现象称为水锤。水锤可导致管道系统强烈震动产生噪声,可能破坏管道、水泵、阀门设施,并引起水泵反转,管网压力降低等不利现象,在长距离调水系统中水锤的危害尤甚。在长距离调水系统中,闸前设置溢流井可以有效控制长距离输水系统在启闭过程中的水锤压力波动。为了分析闸前溢流井在长距离调水隧洞中水锤防护的特性,并对闸前溢流井的体型和参数进行优化设计,本文采用理论分析与数值模拟相结合的方法,建立了包含闸前溢流井的长距离调水系统的水锤计算模型。通过数值建模和编程计算,对长距离输水隧洞中采用通气孔和闸前溢流井联合控制水锤的特性进行了模拟,获得了不同运行情况下通气孔和闸前溢流井的非恒定涌浪过程,全线极值压力分布。比较了有无设置闸前溢流井时,沿程通气孔的涌浪特性和全线极值压力分布,分析了闸前溢流井对长距离调水系统的水锤防护作用。为了优化闸前溢流井的设计,对溢流井高度、糙率系数、闸前溢流井的平面位置、输水管道的内径、溢流井的截面积等进行了敏感性分析,分析了各个参数对全线极值压力分布、溢流流量和溢流持续时间的影响。本文的研究结果表明,通过设置闸前溢流井,可以良好控制通气孔的涌浪高度和全线的水锤极值压力。溢流井的高度和输水管道内径是影响全线极值压力分布最主要因素。在一定范围内,降低溢流井的高度,全线极值压力相应减小,但溢流井的溢流流量和历时会增加;增加输水管道内径,可以减小全线极值压力,同时也可以减小溢流井的溢流流量和历时。在长距离隧洞输水系统中,可以通过增加输水管道内径和减小溢流井的高度来控制全线极值压力的分布,调节溢流井的溢流过程。
刘国强[6]2013年在《长距离输水渠系冬季输水过渡过程及控制研究》文中提出水是生命之源、生产之基、生态之要。我国人多水少,水资源时空分布不均,水资源短缺、水污染严重、水生态恶化问题十分突出,已成为制约我国经济社会可持续发展的主要瓶颈,因此必须提高水资源的利用效率,并对水资源进行合理配置。修建长距离跨流域输调水工程是优化水资源配置最为有效的的工程措施之一。长距离输水工程采用自动化运行控制技术,可以大大提高渠系的运行调度水平,改善输水效率,降低运行管理费用,实现适时、适量供水,最终达到提高水资源利用率并为用水单位提供良好服务的目的。但同时,长距离输水渠道系统具有大滞后性、高度非线性、强耦合性和未知扰动性,水流的控制非常复杂。研究渠道的运行调度问题不仅需要考虑输水渠道的水力学特性,同时又要研究运行控制理论在此基础之上的应用。因此,对于长距离输水渠系运行控制理论和应用方面的研究具有十分重要的意义。本文建立了长距离输水渠系运行控制仿真模型,对长距离输水渠系的运行控制相关问题和冬季输水进行了深入的研究,主要成果包括以下几个方面的内容：分析论述了渠道运行控制自动化的必要性以及渠道自动化、渠系运行和渠系控制的基本内容,总结了国内外现有的渠系运行控制方法、理论和典型工程实例。对长距离输水渠系的渠道和渠系建筑物进行了概化处理,并对典型渠段进行了数学建模。分析了恒定流模拟和非恒定流模拟,并提出采用一维圣.维南方程组描述非恒定流,总结了该方程组的几种数值解法,并提出采用Preissmann隐式差分法对一维圣.维南方程组进行数值求解。对长距离输水渠系总干渠的配水方式、运行控制技术和节制闸运行技术进行了研究,并设计了流量前馈和水位反馈相结合的带有死区设置的渠道控制系统。在此基础上,建立了长距离输水渠系运行控制模拟仿真模型。对长距离输水渠系建模和运行控制中常采用的模糊控制、状态空间法和时域频域分析法进行了总结和比较,得出了各自的特点和局限性,并进一步提出本文建立的基于明渠非恒定流与动态边界相结合的数值仿真模型的优势和特点,并利用该模型对典型工况进行了数值模拟。对弧形闸门闸孔淹没出流的基本原理进行了分析,并总结和比较了常用的各种计算公式。然后结合南水北调中线一期工程总干渠安阳-北京明渠段,进行了闸门过流能力的校核计算,拟合了李炜《水力学》公式和武汉水利电力学院公式的σs曲线,并根据计算结果提出了建议。针对长距离输调水工程在冬季面临冰期输水的问题,从定义、特点、成因等几个方面研究了冰塞和冰坝,分析论述了冰期输水特性和输水模式。对冰期输水进行了阶段划分,并提出了各个阶段的运行控制方法。从工程和管理两个方面提出长距离输水渠系冬季运行安全措施。最后总结了国内外调水工程冰期运行经验。提出了判断长距离输水渠系在冰期形成平封冰盖的两个判定标准,即流速判定标准和弗劳德数判定标准,并建议控制渠系采用流速判定标准。在此基础上,研究了渠系下游和分水口冰期取水方案、流速判定标准取值大小和闸前常水位运行方式下闸前控制点目标水位取值对长距离输水渠系冰期输水能力的影响。基于建议的冰期在平封冰盖下输水的模式,提出了根据提前叁天的气象预报,通过降低渠池输水流量和分水口取水流量将渠池内流速在叁天内降低至0.4m/s,进而得到长距离输水渠系在叁天内从常态下的明渠大流量输水向冰期平封冰盖下小流量输水的过渡模式,并研究了该过渡阶段分水口的调控方式和渠系运行策略。研究了确定PI控制器参数和实时整定参数的方法。同时,还对PI控制器的鲁棒性进行了分析,得出在相同的PI控制器参数下,渠系的糙率和渠池的长度会影响渠道系统的控制效果,弧形闸门过闸流量系数小幅度变化时,基本不影响渠系的控制效果。
王俊[7]2003年在《长距离输水工程水力过渡过程的研究》文中研究说明长距离输水工程常常采用明流、有压流、泵站相结合的方式，由于明流、有压流、泵站的过渡过程是互为因果，相互影响的，因此对明流、有压流联合的水力过渡过程和泵站的调节过程进行整体研究十分必要也很有意义。本论文结合引滦入津工程，将引滦入津工程分成两个子系统—明流－调节池－有压流输水系统和梯级泵站输水系统，分别进行了水力过渡过程的计算研究。本文运用明流、有压流水力瞬变基本理论，应用虚拟缝的理论，对明流和有压流采用统一的特征线法进行求解，简化了程序的编制。采用特征线方法分别建立了明流－调节池－有压流输水系统和梯级泵站长距离输水系统在正常运行调节过程中水力过渡过程的数学模型，并对众多运行工况进行了计算研究。针对长距离输水系统的水力过渡过程的特点，在文中提出了一种实用处理方法—变时间步长法，采用不同的时间步长处理缓流与临界流的过渡断面，以及明流和有压流的交界断面。这种变时步的处理方法与采用相同时步的方法相比，具有计算量小，易于编程的优点，能够更好地模拟实际工程中的水力过渡过程。利用物理模型对局部水流现象进行试验研究，并采用物理模型试验值作为数学模型的边界条件。采用物理模型和数学模型相结合的研究方法，是研究复杂输水系统水力过渡过程的有效途经。
万五一[8]2004年在《长距离输水系统的非恒定流特性研究》文中研究表明非恒定流也称为水力过渡过程,它是在流量调节或发生事故情况下,水力要素随时间发生急剧变化的过程。调水工程的非恒定流现象通常发生在流量调节情况下,它的压力、水位、流速和流量等水力参数随时间发生急剧的变化。由于非恒定流的水力参数往往超出恒定流的设计范围,影响到工程的运行控制和安全性,成为设计和运行单位广为关注的问题之一。以往人们研究非恒定流往往是针对发电站引水管道系统的瞬变流,对输水工程的非恒定流的研究并不多,随着输水工程的大量兴建,特别是有压输水形式被广泛采用,输水系统中的非恒定流现象受到极大的关注,对输水系统的非恒定流研究成为极具实际意义的课题。鉴于调水系统非恒定流的研究现状,本文在前人的理论基础上,通过扩充和借鉴,对输水系统的非恒定流现象进行了较为系统的研究。并且对多项实际工程的非恒定流现象进行了数值计算和试验研究,包括昆明市掌鸠河引水供水工程、宁波市白溪水库引水工程、引滦入津工程和南水北调工程等。研究非恒定流的途径通常可分为物理模型和数学模型,由于调水系统从结构上讲是一种线性建筑物,因此对全线做正态水力学模型存在较大难度,变态的半比例模型又无法达到理想的模拟效果。纯数值计算对局部建筑物的水力特性难以把握。目前的研究方法通常是采用局部模型试验与数值计算相结合,其基本思路是:通过局部水力学实验测得局部建筑物的基本水力参数和变化规律,然后以这些参数为基础,结合数学模型,对整个输水系统的特性进行研究。本文的重点是对调水工程非恒定流的数学建模和计算方法进行研究,并将其应用到实际的工程中。从不同类型调水工程的水力特性出发,对分段低压输水,整体压力输水和泵站加压输水等复杂输水结构的水力过渡过程进行数值计算和理论分析,建立了输水工程中各种不同流态情况下输水结构的数学计算模型,编制程序对各种不同工况下的水力过渡特性进行数值模拟。通过分析各种水力变化的计算结果,预测工程在运行中可能出现的实际问题,从工程的设计和运行角度提出相应的解决方案。本文的主要结论可以概括成如下几方面:(1)根据分段压力输水线路的恒定流水力学特性,引入分段低压输水系统的概念和详细的定义。建立输水系统的非恒定流计算模型,编制程序对具体工程的调节过程进行计算,发现输水系统的水流振荡及其向下游传播的共振问题,这是本文的独到之处,也是本文研究的核心问题。对分段低压输水的水力特性进行理论分析和数学推导,建立分段低压输水系统输水单元的水流振荡方程,导出固有水力振荡频率的计算公式;证实水流振荡向下游传播逐渐放大的现象是由于水
赵明[9]2008年在《输配水系统水力与水质安全研究》文中研究表明安全供水是供水事业的首要课题,输配水系统的安全应包括两个方面,即水力安全和水质安全。本论文“输配水系统水力与水质安全”,旨在建立安全供水的整体观念,把输水——配水——用户用水的安全作为一个整体综合考虑。输水系统的水力安全研究是以“哈尔滨磨盘上长距离输水项目”为依托,研究内容是项目的组成部分。配水系统水质安全研究是以国家“863”课题为依托,研究内容是“863”课题的组成部分。论文深入研究了长距离输水管线集气、排气的原理,对形成的气泡进行了分析,求出了管线临界俯角。根据这个理念复核排气阀设置是否合适;对于磨盘山长距离输水管线221个排气阀进行复核计算,证明其布置合理,能保证排气通畅,不产生因气囊引起的水锤。长距离输水管线,地形复杂起伏较大,管线沿地形铺设,形成多个长度不等、高差不等的U形管,论文首次提出当竣工后首次通水,或维修灌水时,将产生U形管振荡,如果通水时流量过大,必将会引起振荡,导致爆管。因此,根据U形管振荡原理,提出水力平稳过渡的新理念,控制初次进水流量,使其逐步增加,从0.4m3/s逐步增加到设计流量5.5m3/s;保证了通水安全,使通水一次成功。通过实测和数值分析,得出PCCP管n值为0.0116,比沿用的钢筋混凝土管的n值(0.013~0.014)降低10.8%,对PCCP管的设计和运行具有指导意义。论文建立了长距离输水系统的瞬变流模型,用运动方程和连续方程对输水管线水锤进行模拟,用特征线法和反问题理论进行求解,获得满意结果,并将其应用于磨盘山输水管线水锤计算中,求出不同工况下的水锤包络线,模拟出输水运行过程中,最不利工况下不产生水锤的安全关闸时间应大于32分20秒。将该研究成果应用于实际输水运行中,避免了输水系统经常发生的水锤事故,保障了该系统的安全运行。利用实测和数值计算得出RKV DN600的活塞式调流调压阀阻力系数与开度之间的关系式,它为输水管线运行中的水力安全模拟奠定了基础。论文深入分析了配水管网“生长环”生成的机理,阐明“生长环”是电化学腐蚀、水中微生物、管网后沉淀共同作用的结果,它引起了管网水质恶化。通过实验论证了管径越小,水与管壁“生长环”接触率越大,消耗的余氯越多,铺设年代越长,管内的水质越差,停留时间(水龄)越长,水质污染越严重。而对我国的大、中、小城市管网状况统计可知,管网中水多在小管径低流速状况下流动,“生长环”对其影响程度增加。同时用分散分析法分析了在各种影响因素同时存在下,各因素及各因素的交互作用对配水系统内叁卤甲烷形成的影响程度,得出加氯量的变化对叁卤甲烷形成的影响最大,为55%。降低加氯量,对减少叁卤甲烷的形成具有重要作用。对配水管网余氯在管道中传输与节点混合数学方程进行探讨,同时推求出不同连接方式的水龄模型。探讨了模型的求解方法,确定用基于时间驱动的拉格朗日算法求解余氯衰减模型。论文从水质、水量和水压全方位考虑,提出了管网规划、设计及改造的新方法—配水系统区块化;并将其应用到某市配水系统的水质模拟,结果表明,区块化后配水系统的综合平均水龄减小约20.1%,余氯消耗减小约12.6%。同时水压分布更加趋于均匀,平均水压减小约12.1%,与此相对应配水系统的漏水量也减小13.8%。这些结果充分验证了配水系统区块化的有效性。
王栋[10]2010年在《万家寨引黄工程北干线水力过渡过程数值模拟研究》文中认为一个点上的水流状态,如压力、流速和流量不随时间变化而变化,称为恒定流。如果水流状态随时间变化而变化,则称为非恒定流。在实际工程中,由于流量调节或事故等原因导致长距离输水系统的恒定流条件被破坏,系统内发生非恒定流的现象称为输水系统的水力过渡过程。过渡过程发生时,输水系统沿线的水力参数随时间变化发生急剧变化,往往超出恒定流的设计范围,从而对输水系统造成不利影响,尤其是在有压输水管路中,由于流速的急剧变化会导致液体内部压强迅速地交替升降而产生水锤。如果处理不当,将导致输水管道系统发生强烈的振动,管道严重变形甚至爆裂。因此对输水系统过渡过程进行研究,同时进行必要的系统安全计算,对于输水工程的设计和安全运行都是十分必要的。本文在总结前人研究成果的基础上,系统阐述了非恒定流的基本理论及其计算方法,应用特征线法建立了明渠非恒定流计算模型以及减压阀防护措施下的重力流关阀水锤计算模型,并选取了合理的数值计算方法,开发了水力过渡过程计算机分析系统。本文结合万家寨引黄工程北干线输水工程,对水力过渡过程进行了数值计算和理论分析,在寻求过渡过程的通用解法的同时,也为工程的设计和运行提供了科学的依据和建议。本文的研究主要包括以下几个方面：(1)总结了前人研究的成果,系统阐述了非恒定流的基本理论及其特征线法,介绍了明渠非恒定流及水锤计算的初始条件及边界条件,分析了各种水锤防护措施(套筒阀、活塞式减压阀、进排气阀等)的工作机理及适用条件。(2)以山西省万家寨引黄工程北干线输水工程1#隧洞为例,在建立数学模型的基础上,采用计算机模拟对系统稳态运行状况分析,分析不同流量变化下的各种情况(最终流量、设计流量),为输水系统的合理设计和安全高效运行提供技术依据。(3)以山西省万家寨引黄工程北干线输水工程2#倒虹为例,进行重力流关阀水锤分析计算,采用特征线法结合阀门对应的边界条件方程,建立了水力计算模型,对活塞式减压阀防护措施下的重力流倒虹输水系统进行了数值模拟,提出了重力流倒虹输水系统安全运行条件下的最优防护方案。(4)采用界面性强、面向对象的可视化编程软件Visual Basic 6.0作为开发语言,开发出界面友善、操作简单、功能齐全、性能可靠的明渠非恒定流数值模拟系统以及重力流关阀水锤水力过渡过程数值模拟系统。(5)最后对上述研究成果进行分析,探讨模拟计算误差的原因,提出了供水工程水力过渡过程计算中有待进一步研究的问题。
参考文献：
[1]. 复杂输水系统的水力仿真与控制研究[D]. 穆祥鹏. 天津大学. 2008
[2]. 面向大水网复杂输水系统水力仿真及运行控制研究[D]. 孟弯弯. 太原理工大学. 2016
[3]. 山西省松溪长轴取水泵站供水系统水力特性研究[D]. 杨德明. 太原理工大学. 2018
[4]. 长距离输水系统的过渡过程数值计算及水力特性研究[D]. 穆祥鹏. 天津大学. 2004
[5]. 闸前溢流井在长距离调水隧洞中的水锤防护特性研究[D]. 李晨煜. 浙江大学. 2017
[6]. 长距离输水渠系冬季输水过渡过程及控制研究[D]. 刘国强. 武汉大学. 2013
[7]. 长距离输水工程水力过渡过程的研究[D]. 王俊. 天津大学. 2003
[8]. 长距离输水系统的非恒定流特性研究[D]. 万五一. 天津大学. 2004
[9]. 输配水系统水力与水质安全研究[D]. 赵明. 哈尔滨工业大学. 2008
[10]. 万家寨引黄工程北干线水力过渡过程数值模拟研究[D]. 王栋. 太原理工大学. 2010
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