山西省西仵泵站水锤模拟研究

论文摘要

长距离泵站输水工程作为一种利用提水泵站和有压管道进行输水的水利工程,在水资源调配、跨流域引水、城市及工农业供水等方面举足轻重,是解决水资源分布地域差异的必要工程措施。长距离有压输水管道具有水量损失少,运行维护方便等优点。但是,当电网事故或者忽雷闪电、暴风大雨等自然灾害造成水泵机组突然停机,管道系统内很容易发生压力剧烈升高和降低的水力瞬变现象。当供水系统难以承受压力的变化时,爆管事故就会产生。无论是作为主要或辅助设备的进排气和水锤防护措施,空气阀现已成为供水系统中一项重要的管路水力组件和主流产品。因此,深入研究泵站系统的水力过渡过程、空气阀防护水锤机理及效果,对大水网的建设、全国大中型泵站系统安全的改造升级至关重要。本文在国内外已有研究基础之上,针对西仵泵站发生停泵水锤事故工况进行了模拟,本研究的主要内容包括:1.基于空气阀结构及水力特性,系统阐述了其工作原理、布置原则及实际工程中易存在的问题等;2.运用瞬变流基本理论及特征线法,推导了有压输水管道的水锤计算模型;鉴于空气阀进、排气过程的复杂性,基于理想气体状态方程,推导了空气阀模型;3.结合具有典型长距离输水特征的辛安泉改扩建工程进行水锤计算及液控蝶阀+空气阀联合防护措施模拟,优化了液控蝶阀关阀规律,确定空气阀安装型号、数量及位置,为西仵泵站的安全运行提供理论依据;4.针对长距离输水工程关键水力参数（糙率、转动惯量）进行了敏感性分析研究,以期为工程设计、运行及管理给出合理建议;5.采用成熟的商业软件——Fluent对空气阀进行模拟,以期为空气阀设计及空气阀动态特性研究提供思路;本研究成果可为西仵泵站水锤防护水锤提供理论支持,也可为类似长距离泵站供水工程提供参考,另外,还能为空气阀流道设计、动态特性研究提供思路,为之后三维水锤模拟和空气阀流道改进进一步研究打下了基础。

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第一章绪论

1.1 研究目的及意义

1.1.1 选题背景

1.1.2 选题目的及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 水锤计算研究现状

1.2.2 水锤防护国内外研究现状

1.3 主要研究内容、创新点和方法

1.3.1 主要研究内容

1.3.2 主要创新点

1.3.3 主要研究方法

第二章稳态及水锤基本方程数学模型建立

2.1 稳态工况数学模型

2.1.1 单泵工作点求解

2.1.2 同型号泵并联工作点求解

2.2 水锤基本方程

2.2.1 运动方程

2.2.2 连续性方程

2.3 特征线解法

2.3.1 特征线微分方程式

2.3.2 有限差分方程式

2.4 基本边界条件

2.4.1 上游为水泵的边界条件

2.4.2 下游为出水池的边界条件

2.5 本章小结

第三章水锤防护措施的数学模型建立及其求解

3.1 两阶段液控蝶阀

3.1.1 两阶段液控蝶阀数学模型

3.1.2 两阶段液控蝶阀数学模型求解

3.2 空气阀

3.2.1 空气阀分类及其工作特点

3.2.2 空气阀布置原则

3.2.3 空气阀数学模型

3.2.4 空气阀数学模型求解

3.3 本章小结

第四章山西省西仵供水泵站工程水力特性分析

4.1 工程概况

4.2 水力特性分析主要参数

4.3 停泵水锤数值模拟及其防护

4.3.1 一台水泵运行稳态及过渡过程数值模拟

4.3.2 两台水泵运行稳态及过渡过程数值模拟

4.4 本章小结

第五章西仵泵站关键水力参数敏感性分析

5.1 管道糙率影响分析

5.1.1 管道糙率对稳态运行影响结果

5.1.2 管道糙率对水锤事故中系统水力特性影响结果

5.2 转动惯量影响探究

5.2.1 转动惯量对最大、最小压力的影响探究

5.2.2 转动惯量对其他水力特性参数的影响探究

5.3 本章小结

第六章基于FLUENT的空气阀探究

6.1 计算流体力学概述

6.1.1 FLUENT软件介绍

6.1.2 计算流体力学求解过程

6.2 相关理论简介

6.2.1 湍流的基本方程

6.3 网格划分及模拟

6.3.1 模型建立及网格划分

6.3.2 FLUENT计算设置及模拟

6.4 本章小结

第七章结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文及参加的主要科研项目

一、学术论文

二、攻读硕士期间参加的科研项目

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 郭伟奇

导师: 吴建华

关键词: 西仵泵站,停泵水锤,防护措施,糙率,转动惯量,空气阀

来源: 太原理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地球物理学,水利水电工程,水利水电工程

单位: 太原理工大学

基金: 山西省国际合作项目(编号 201603D421011),2018年山西省重点研发计划(社会发展领域)项目(编号201803D31207-1),2019年山西省水利科学技术与科研项目—面向大水网复杂供水系统水力计算分析研究,2019年山西省水利科学技术与科研项目—山西省供水泵站主要建筑材料检测技术方法研究

分类号: TV675;TV134

总页数: 80

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