發(fā)布時間：2017-05-11 21:13

  本文關(guān)鍵詞：長輸管線局部水力急變過程分析及瞬變流模擬，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：長距離輸水管道管線高程受地勢影響,在局部高點設(shè)有通風(fēng)口。正常運行時整個管道系統(tǒng)均為有壓輸水,當(dāng)管道系統(tǒng)進(jìn)行充水或流量調(diào)節(jié)時,通風(fēng)口下游部分管段內(nèi)流體可能變成無壓流動,此時管道內(nèi)部同時存在自由液面流與有壓流兩種狀態(tài)的流體,并在其交匯處形成水躍,發(fā)生水力急變現(xiàn)象,致使管道局部壓力突然升高,將這種工況下的管道系統(tǒng)稱為自由液面/有壓流混合管道系統(tǒng)。穩(wěn)態(tài)工況下的自由液面/有壓流混合管道系統(tǒng)內(nèi)流體以三種形式存在:自由液面流、有壓流以及水躍。本文分別對三種狀態(tài)的流體建立基本方程,并對其水力參數(shù)進(jìn)行數(shù)值求解。對自由液面流向有壓流過渡位置的移動界面建立連續(xù)性方程,作為瞬變流模擬的內(nèi)部邊界條件。在管道下游添加一個閥門控制方程,利用特征線法對由于閥門突然運動產(chǎn)生的水力瞬變進(jìn)行模擬計算。改變閥門閉合時間以及閉合度,進(jìn)行變工況分析。本文所涉及到的數(shù)值方法均使用MATLAB軟件編程求解,得到如下結(jié)論:穩(wěn)定狀態(tài)下的自由液面/有壓流混合管道系統(tǒng)中,自由液面流無量綱深度Dh/隨管道流量增大而增大,同時自由液面流弗勞德數(shù)Fr1最初隨無量綱深度Dh/增大而增大,達(dá)到最大值后逐漸減小,當(dāng)Dh3.0/?時,Fr1達(dá)到最大值,此時產(chǎn)生的水躍高度最大,水躍運動最劇烈。由于水躍躍后斷面受到管徑限制,躍后水流弗勞德數(shù)Fr2大于1,仍為急流,可見管道內(nèi)水躍產(chǎn)生的條件只與管道內(nèi)流體流速變化有關(guān),與躍后斷面液體流態(tài)無關(guān)。瞬變流模擬中,管道下游閥門突然關(guān)閉(開啟),自由液面流與有壓流之間的移動界面逐漸上升(下降),閥門處壓力迅速升高(降低),產(chǎn)生壓力波動。閥門移動速度越快,閉合度改變越大,水錘波動越劇烈。由于管道內(nèi)摩擦阻力作用,水錘波逐漸衰減,完全消散后閥門處壓力以固定速率上升(下降),壓力變化速度與移動界面液面標(biāo)高移動速度相同。對自由液面/有壓流混合管道系統(tǒng)進(jìn)行水錘計算,同等工況下其管道壓力均小于滿管有壓流時產(chǎn)生的水錘壓力,故實際工程校核時忽略此類工況對管道設(shè)計沒有影響。
【關(guān)鍵詞】：瞬變流 特征線法 水躍 自由液面 有壓流
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TU991;TV134
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 緒論9-24
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義9-11
• 1.1.1 課題來源9
• 1.1.2 課題研究背景與意義9-11
• 1.2 國內(nèi)外研究歷史和現(xiàn)狀11-23
• 1.2.1 自由液面流11-14
• 1.2.2 水躍14-19
• 1.2.3 瞬變流模擬19-23
• 1.3 課題研究的主要內(nèi)容23-24
• 第2章 瞬變流基本理論與計算方法24-34
• 2.1 瞬變流基本微分方程24-27
• 2.1.1 連續(xù)性方程24-26
• 2.1.2 運動方程26-27
• 2.2 特征線法(MOC)27-31
• 2.2.1 特征線法方程推導(dǎo)27-29
• 2.2.2 有限差分方程的推導(dǎo)簡化29-31
• 2.3 邊界條件控制方程31-33
• 2.4 本章小結(jié)33-34
• 第3章 穩(wěn)態(tài)水力急變過程分析34-50
• 3.1 自由液面流34-39
• 3.1.1 自由液面流基本方程34-35
• 3.1.2 自由液面流水力參數(shù)分析35-39
• 3.2 水躍39-44
• 3.2.1 水躍產(chǎn)生原因39-40
• 3.2.2 水躍基本方程40-44
• 3.3 有壓流44-45
• 3.4 數(shù)值模擬及算例分析45-48
• 3.4.1 穩(wěn)態(tài)計算機編程45-46
• 3.4.2 算例分析46-48
• 3.5 本章小結(jié)48-50
• 第4章 瞬變流模擬及結(jié)果分析50-73
• 4.1 過渡區(qū)域瞬態(tài)邊界條件建立50-51
• 4.2 有壓流瞬態(tài)模型51-58
• 4.2.1 瞬變流計算機編程51-54
• 4.2.2 瞬變流程序校核54-56
• 4.2.3 算例分析56-58
• 4.3 突然關(guān)閥工況下瞬變流模擬58-66
• 4.3.1 關(guān)閥時間影響性分析59-61
• 4.3.2 閥門開度影響性分析61-63
• 4.3.3 水錘波衰減速率分析63-66
• 4.4 突然開閥工況下瞬變流模擬66-71
• 4.4.1 關(guān)閥時間影響性分析68-70
• 4.4.2 閥門開度影響性分析70-71
• 4.5 實際工況校核71-72
• 4.6 本章小結(jié)72-73
• 結(jié)論73-74
• 參考文獻(xiàn)74-79
• 致謝79

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：長輸管線局部水力急變過程分析及瞬變流模擬，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：358081