長(zhǎng)輸管線局部水力急變過程分析及瞬變流模擬.pdf

1、長(zhǎng)距離輸水管道管線高程受地勢(shì)影響，在局部高點(diǎn)設(shè)有通風(fēng)口。正常運(yùn)行時(shí)整個(gè)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(shí)，通風(fēng)口下游部分管段內(nèi)流體可能變成無壓流動(dòng)，此時(shí)管道內(nèi)部同時(shí)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(duì)三種狀態(tài)的流體建立基本方程，并對(duì)其水力參數(shù)進(jìn)行數(shù)值求解。對(duì)自由液面流向有壓流過渡位置的移動(dòng)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(gè)閥門控制方程，利用特征線法對(duì)由于閥門突然運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的水力瞬變進(jìn)行模擬計(jì)算。改變閥門閉合時(shí)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h/D隨

3、管道流量增大而增大，同時(shí)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(dá)到最大值后逐漸減小，當(dāng)h/D?0.3時(shí)，F(xiàn)r1達(dá)到最大值，此時(shí)產(chǎn)生的水躍高度最大，水躍運(yùn)動(dòng)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(dòng)界面逐漸上升（下降），閥門處