長輸管線局部水力急變過程分析及瞬變流模擬.pdf

1、長距離輸水管道管線高程受地勢影響，在局部高點設(shè)有通風口。正常運行時整個管道系統(tǒng)均為有壓輸水，當管道系統(tǒng)進行充水或流量調(diào)節(jié)時，通風口下游部分管段內(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

2、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)生的水力瞬變進行模擬計算。改變閥門閉合時間以及閉合度，進行變工況分析。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h/D隨

3、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h/D增大而增大，達到最大值后逐漸減小，當h/D?0.3時，F(xiàn)r1達到最大值，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