長距離重力流輸水管道水錘防護計算機模擬論文

1、長距離重力流輸水管道水錘防護計算機模擬論文    導讀：本論文是一篇關于長距離重力流輸水管道水錘防護計算機模擬的優(yōu)秀論文范文,對正在寫有關于管道論文的寫作者有一定的參考和指導作用,論文片段：V管內液體的流速（m3/s）；x，t水錘波沿管軸線傳播的距離和時間；a水錘波速（m/s）；根據牛頓第二定律和質量守恒定律，導出的水錘基本方程，均以偏微分方程形式，全面反映了有壓管道中非恒定流動規(guī)律，為解決水錘計算理由提供基本理論公式。根據特征線計算法，可以得到如下兩個常微分方程組：C+： +V【摘要】 在工程設計中，合理地計算水擊值，對保證工程的安全與正常運

2、轉、優(yōu)化管道設計。長距離重力流輸水管道水錘計算及防護策略探討，結合具體工程實例計算分析?！娟P鍵詞】 長距離；管道；重力流；水錘 1727-5123（2013）02-041-03【Abstract】 n engineering design， reasonably calculated values of water hammer， to optimize pipeline design to ensure the safety and normal operation. Long distance gravity flow aqueduct water hammer calculations

3、and protection methods of calculation and analysis，combined with specific examples of projects.【Key words】 long-distance；pipeline；gravity flow；water hammer1概述南水北調配套工程是保障受水區(qū)經濟社會可持續(xù)發(fā)展的重大基礎設施，是跨區(qū)域、跨流域對水資源進行優(yōu)化配置的特大型工程。供水配套工程上接總干渠，下連城市水廠，擔負著承上啟下的輸水任務，是南水北調工程在我省發(fā)揮效益的關鍵。南水北調工程在河南省內大部分采用管道輸水方式。根據工程設計，輸水管道最長

4、約144km，管道直徑均在DN800以上，最大為DN3000，管道設計流量最大為13.0m3/s。屬于典型的大流量、長距離有壓輸水管道。由于輸水流量和有壓輸水管長度比較大，在工程設計中，合理地計算水擊值，對保證工程的安全與正常運轉、優(yōu)化管道設計、節(jié)省工程投資等都有重要作用。2重力流水錘防護技術分析重力流水錘是在突然停電或者在閥門關閉太快時，由于壓力水流的慣性，產生水流沖擊波。重力輸水管道開啟水錘分析的重點是計算開啟末端閥門可能產生的降壓波，是否可能引起管道某些部位產生水柱中斷，以及斷流水錘升壓的大小，是否可能引起爆管事故。一般重力流系統(tǒng)管道的水錘防護采取下列措施：長距離重力流輸水工程的在有條件

5、時應特別注重應用減壓水池或減壓閥對長距離管道進行分級1；重力流輸水管徑按充分利用作用水頭選取，故在設計流量情況下運轉無能量剩余，在流量低于設計流量下運轉時，水頭損失減少，管路就有了富余能量，為此需要減壓閥來減輕管路末端壓力；利用調壓塔或超壓泄壓閥對可能發(fā)生突發(fā)高壓保護；利益恒速緩沖排氣閥對可能發(fā)生的斷流水錘進行防護，可降低管道正常工作壓力，增加管道系統(tǒng)的安全系數；制約末端閥關閥速度。重力管道充水的關鍵是制約充水速度和管道排氣。管道末端閥門的開啟，有利于釋放意外超壓，但過量放水也會增長充水時間，故末端閥門的開關和開啟度應結合管路情況適時轉變。3計算軟件目前，國外的水錘分析軟件主要有FLOWAST

6、，SURNAL，Bentley Hammer及PIPE2010：Surge等；其中Bentley Hammer是進入國內最早的水錘分析軟件，是專門用于水利系統(tǒng)的水錘分析產品，本次水錘計長距離重力流輸水管道水錘防護計算機模擬由專注畢業(yè)論文與職稱論文的提供,轉載請保留網址.算采用該軟件進行計算模擬。4計算原理和邊界條件4.1計算原理。本文水錘基本方程的理論基礎是水流動的力學規(guī)律和連續(xù)原理，是水力過渡過程分析研究的基礎。它包含以微分方程表示的運動方程和連續(xù)方程，反映了在水力過渡過程中不穩(wěn)定水流流速和水頭變化規(guī)律，具體數學表達式如下：運動方程： g+V+=0連續(xù)方程： +V+=0式中：H測壓管水頭（m

7、）；f，D管路的摩阻系數和管直徑（m）；V管內液體的流速（m3/s）；x，t水錘波沿管軸線傳播的距離和時間；a水錘波速（m/s）；根據牛頓第二定律和質量守恒定律，導出的水錘基本方程，均以偏微分方程形式，全面反映了有壓管道中非恒定流動規(guī)律，為解決水錘計算理由提供基本理論公式。根據特征線計算法，可以得到如下兩個常微分方程組：C+： +V=0（1-1）=a （1-2）C-： -+V=0（1-3）=-a （1-4）在上述兩個方程組中的常微分方程（1-1）、（1-2）都有一個約束，即只有當（1-3）、（1-4）成立時，它們才能成立。如果將表達式在獨立坐標x，t平面上展開，可以看出：圖1x-t平面上的特征

8、線如圖1所示，圖中A、B兩點代表地點x和時刻t已給定的兩個點，它們的H和V值是已知的。通過A點的C+直線相當于式（1-2），沿著C+直線可以應用式（1-1）；通過B點的C-直線相當于式（1-4），沿著C-直線可以應用式（1-3）。聯(lián)立式（1-1）和式（1-3），就可以解出AP和BP直線的交點P的參數Hp和Vp。其中，直線AP和BP稱為特征線，而式（1-2）和式（1-4）稱為相容性方程。根據以上推導可以看出，通過參數，原來的水錘微分方程則轉換成了常微分方程，從而使原方程的數值求解得以實現(xiàn)。4.2邊界條件。一般來說，其實際邊界狀況往往比較復雜，故在處理各種邊界條件時要進行適當簡化，但應以基本上不影

9、響原有的物理狀態(tài)為原則。供水工程應處理如下邊界條件：首先，前池、出水池。對于前池具有較大面積的自由水面，可假定在過渡過程計算中，前池水位保持不變。其次，分岔管及串聯(lián)管。分岔點和串聯(lián)點處的局部水頭損失和流速水頭，按壓力和流量連續(xù)條件考慮。再次，空氣閥。空氣閥假設條件：空氣等熵地流進流出閥門；管內的空氣質量遵守等溫規(guī)律；進到管子里的空氣留在它可以排出的閥附近；液體表面的高度基本上保持不變，而空氣的體積和管段里的液體體積相比很小。流過閥的空氣質量流量取決于關外大氣的絕對壓力Po、絕對溫度To以及管內的絕對溫度T和壓力P，考慮下列四種情況：以亞聲速流入空氣：n&=CinAin （0.53Po&

10、lt;P<Po）式中：n&流入空氣的質量流量；Cin閥的流量系數；Ain閥的開啟面積；o大氣密度，o=Po/RTR氣體常數；P管內壓力；以臨界速度流進：n&=CinAin以亞聲速流出空氣：n&=-CoutAoutP（Po<PCout閥的流量系數；Aout閥的開啟面積；以臨界速度流出：n&=-CoutAout （P>Po/0.53）最后，調節(jié)閥。對于重力流，管線末端采用調節(jié)閥門2，過流特性曲線為直線。QP=-BCV+（CV2B2+2CVCP）0.5CP=HA+BQA-RQACV=Qo2？子2/（2Ho2）CM=HB+BQB-RQB管線首段（取水頭

11、）；Hp=常量（相對于管道出口高程的水位）。5工程實例以河南省供水配套工程其中1條輸水線路為例，該線路為重力流輸水，設計流量為0.5m3/s，輸水管線長26.03km，采用管徑0.8米的球墨鑄鐵管。本文結合該輸水線路的具體情況，通過對重力有壓流正常工況和最危險工況水力過渡過程進行預測、分析和數值計算，按規(guī)范要求提出合理的閥門關閉規(guī)律和水錘防護措施，達到整個管道最大水錘壓力不超過1.31.5倍最大工作壓力。圖2輸水線路穩(wěn)態(tài)水頭包絡線5.1正常流量運轉工況。當末端調節(jié)閥以不同關閥規(guī)律和關閥時間關閉時，產生的水錘壓力是不同的，本階段計算了多種關閥組合方案，經優(yōu)化選擇了兩種關閥方案，其方案如下：方案一

12、：關閥時間為10分鐘勻速關閉；方案二：關閥 導讀：本論文是一篇關于長距離重力流輸水管道水錘防護計算機模擬的優(yōu)秀論文范文,對正在寫有關于管道論文的寫作者有一定的參考和指導作用,論文片段：時間為15分鐘勻速關閉，計算結果見表1、圖3。圖3方案二關閥水頭包絡線兩種關閥組合方案，采用方案一關閥規(guī)律，管道末端調節(jié)閥前在關閥時的最大壓力為該閥門正常工作壓力的2.59倍，對于重力有壓流管道，水錘壓力一般制約在正常工作壓力的1.31.5倍，所以按該規(guī)律關閥時，水錘壓力不符合規(guī)范的要求；采用方案二關閉規(guī)律，管道末端調節(jié)閥前在關閥時的最大壓力為末端閥門正常工作壓力的0.21倍，滿足規(guī)范要求，因此設計采用方案二的關

13、閉時間。表1閥前壓力統(tǒng)計表5.2小流量運轉工況。在小流量運轉工況下，末端富裕水頭較多，按30%設計流量復核水錘計算，即Q=0.15m3/s時，末端調節(jié)閥勻速關閉15分鐘時，計算結果見表2和圖4。表2閥前壓力統(tǒng)計表圖430%設計流量關閥水頭包絡線5.3計算結果分析。計算結果顯示水錘壓力符合規(guī)范要求，說明末端調節(jié)閥勻速關閉15分鐘設計合理。根據上述分析，關閉時間15分鐘，水錘壓力超出靜水壓約3m，在管材允許壓力范圍以內，但管線較長，為了工程安全，考慮一些不可預見因素的影響，在管道中水錘壓力較大、排水方便的地方設置安全泄壓閥，進一步降低和預防水錘。防護措施參數見表3。表315號口門輸水線路防護措施參

14、數表6結論和倡議6.1對于只給一個水廠或單個供水目標，當末端閥門關閉時，關閥過程必須緩慢，勻速關閥15分鐘，可以有效地避開水力過渡過程中壓力升高，制約水錘升壓，確保系統(tǒng)安全。6.2除末端調節(jié)閥外，管線上其他的檢修閥、排空閥等得操作同樣應遵循緩開、緩閉的操作原則，制約閥門關閉時間不小于一個傳播周期（TS=4×4×=100妙），宜為5分鐘。6.3由于閥門關閉曲線為參照數據，因此與實際可能存在較大誤差，所以計算結果只能作為閥門操作程序的一種趨勢分析，但延長關閉閥門時間是減小水錘危害的有效途徑。6.4為了安全，在該計算中，在較長管段，或者某段容易形成封閉段的管道中，添加安全泄壓閥，保證管道的安全關閥，可以防止由于誤操作造成的壓力劇變。6.5對閥門的開啟，當開閥較快時，容易造成管道中形成較大的負壓，所以開閥則以一定規(guī)律打開，可以有效防止負壓的產生。