下游坝面压力引水管水锤波速计算的探讨

水电站压力引水道内水锤压力的计算是水力计算的专门内容,而水锤压力计算中的水锤波速,又是其中一个重要的计算参数.本文考虑了下游坝面管外包混凝土结构允许开裂及限裂的原则,以及外包混凝土开裂后,结构应力状态及其横截面变形的特点,推求了符合结构工作阶段的水锤的水锤波速公式,按该式求得的波速较文献[1]内以折算厚度法计算的波速为小,故加以介绍以供探讨.     

内置软管的管道水锤波速理论计算公式

内置软管或软条是水锤模型实验中降低水锤波速的有效措施之一,然而目前没有相应的理论计算公式,具体波速只能通过实验测定.本文应用弹性力学理论,导出内置软管的水平管道水锤波速公式,并通过理论分析和与模型实验以及有限元计算的对比,验证了计算公式的可靠性,最后对影响水锤波速的因素进行了敏感性分析,结果表明软管的弹性模量和尺寸等参数对水锤波速的影响较大,而软管泊松比、初始水压力和软管内充气压强的影响相对较小,并且软管弹性模量越小、外径越大则管道水锤波速越小.在尺寸相同的条件下,内置含钢线软管是降低水锤波速的最优方案.     

输水管道含沙水锤模型及特性研究

水锤现象的准确描述对于长距离供水工程安全稳定运行有着至关重要的影响,但传统的水锤模型缺乏对于输水管道含沙水锤的深入探讨与分析。本文基于费祥俊阻力模型定义了管路当量摩阻,借鉴韩文亮浆体水锤波速公式推导了非均质流含沙水锤特征线方程,采用特征线法计算得到了不同泥沙颗粒参数下RPV系统的关阀水锤压力,并与清水水锤计算压力对比。结果表明：清水水锤数值计算瞬态压力与实验数据较为吻合;含沙水锤压力增量与含沙量呈正相关而与颗粒直径无关,含沙量100 kg/m³时最大水锤压力为77.91 m,较清水计算结果高出7.71%;由当量摩阻换算得到的管路糙率与含沙量和颗粒直径呈正相关,与初始流速呈负相关。相关研究成果为高含沙流域长距离供水工程安全运行与水锤防护提供了参考。     

泵站水锤计算中的自动分段法

在长管路水泵输水系统的水锤计算中,分段是较复杂的问题。本文将调整波速法和当量管道法相结合,提出管路的计算机自动分段法,并通过实例及框图介绍了该方法的应用。     

李家河水库压力输水管道水锤防护分析与研究

水锤防护是长距离压力输水工程安全的关键问题,采用特征线法对李家河水库压力输水系统进行水力过渡过程计算;分析了在相同历时关闭和开启管道末端阀和中间阀的水锤升压降压幅度变化,提出了操作管道中间阀门是水锤防护措施最优方案,为设计提供依据。     

控制水锤波速方法的分析

模拟水锤波速是有压引水系统水力过渡过程水工模型试验的技术关键之一。本文对控制模型试验中水锤波速的几种方法进行讨论分析,在此基础上提出在模型管道中放置高弹性细管以降低波速的方法,并指出应该进一步通过模型试验研究此种方法的机理和各相关因素对波速的影响,以提供一种更有效的降低模型管道中水锤波速的方法。     

岩塞爆破工程水锤压力计算及防护措施

为研究水利工程取水口发生岩塞爆破后有压管道产生的水锤压力变化规律,基于水力计算的特征线法、一维瞬变流理论及实际爆破的工作原理,结合管道安全控制的要求建立了某水利工程取水口发生岩塞爆破的数学模型。数值仿真计算结果表明:爆破后有压管道内压力波动极大,负压在汽化压力之下,极易发生弥合水锤事故,需要增设水锤防护措施以确保管道的安全;加大通风竖井面积可以有效减小水锤压力极值,通风竖井面积越大,管道压力越小,当竖井直径加大到10.0 m时负压值满足要求。     

大战场泵站事故停泵压力管道破坏原因分析

针对大战场泵站的边界条件及运行工况，用水锤特征线法建立了事故水锤分析计算模型，通过计算分析及现场调查，找出了事故停泵压力管道破坏的原因，指出：事故水锤分析计算对合理确定管道设计压力，采取相应的防护措施非常重要；应加强管道的出厂质量检验；对于管道较长或管线局部有凸起的情况，要设进排气补气阀，防止事故停泵时管道中产生过大的负压。     

长距离重力流输水管道系统水锤防护设计

为研究长距离重力流输水管道系统水锤防护设计,文章基于水锤压力理论,利用水锤波的波速、特征线方程及边界条件,建立水锤分析模型。应用该模型计算新疆准东五彩湾供水工程输水管道水锤防护的不同方案,结果表明,新疆准东五彩湾供水工程通过在管道既定位置安装双动式空气阀、超压泄压阀、液控蝶阀及双向调压塔能达到水锤防护要求。对长距离重力流输水管道水锤压力控制有一定的指导价值。     

长距离输水管道减压措施研究

针对长距离输水管道存在的静水头和水锤压力大的问题，本文提出了对长管道进行分段设减压设施和延长各段管道末端的闸阀关闭时间的减压措施，并介绍了分段设置减压设施和闸阀关闭时间与管道压力的确定方法。工程实践证明这些措施和方法是合理可行的，可供同类工程设计时参考。     

基于MacCormack格式的变网格瞬变流模拟

输水工程中的水锤现象是设计和运行部门极为关注的问题,数值模拟是管路系统中水锤压力预测和控制的重要环节。为了对变特性管路系统的水锤进行数值模拟,建立了基于MacCormack格式的变空间步长的水锤计算模型（V-MCS）。通过与经典的Method of Characteristics（MOC）方法及固定步长的MacCormack（MTMS）方法模拟结果的对比,对V-MCS方法进行了验证。采用V-MCS方法模拟了变特性管路系统中的水锤过程,获得了管道压力与流量波动过程以及全线极值压力分布情况。结果表明,在变特性管路系统中,V-MCS方法可以有效地对复杂管路水锤现象进行模拟。该方法在空间网格划分上更为灵活,可根据计算需求对管道各个区域选取不等的空间步长,能在一定程度上减少计算断面数量,在不改变管路固有波速的情况下可实现对复杂管路系统的同步水锤模拟。     

事故停泵水锤计算模型参数局部敏感性分析

数值模拟的方法为管道输水工程采用合理的水锤防护提供了良好的技术支撑。基于特征线法,采用扰动分析的方式（固定步长5%,扰动范围±25%）,并结合修正的Morris筛选法,对事故停泵工况时水锤计算模型进行了参数局部敏感性分析,以加强对模型参数的识别和不确定性的分析。分析结果表明：所研究的条件在事故停泵工况时,模型中的7个参数与最大水锤压力值的敏感性大小依次为泵后阀关阀时间、管道管径、输水流量、摩阻系数、水击波波速、机组转动惯量、管道长度。     

Experimental study on dynamic pipe fracture in consideration of hydropower plant model

In the case of sudden valve closure, water hammer creates the most powerful pressure and damage to pipeline systems. The best way to protect the pipeline system is to eliminate water hammer. The main reasons for water hammer occurrence are valve closure, high initial velocity, and static pressure. However, it is difficult to eliminate water hammer. Water hammer tends to occur when the valve is being closed. In this study, the pipe fracture caused by static water pressure, gradually increasing pressure, and suddenly increasing pressure were compared experimentally in a breaking PVC test pipe. The quasi-static zone, the dynamic zone, and the transition zone are defined through the results of those experiments, with consideration of the fracture patterns of test pipes and impulses. The maximum pressure results were used to design the pipeline even though it is in the dynamic zone.     

Water hammer in the pump-rising pipeline system with an air chamber

Water hammer following the tripping of pumps can lead to overpressure and negative pressure. Reduction in overpressure and negative pressure may be necessary to avoid failure, to improve the efficiency of operation and to avoid fatigue of system components. The field tests on the water hammer have been conducted on the pump rising pipeline system with an air chamber. The hydraulic transient was simulated using the method of characteristics. Minimizing the least squares problem representing the difference between the measured and predicted transient response in the system performs the calibration of the simulation program. Among the input variables used in the water hammer analysis, the polytropic exponent, the discharge coefficient and the wave speed were calibrated. The computer program developed in this study will be useful in designing the optimum parameters of an air chamber for the real pump pipeline system. The correct selection of air chamber size and the effect of the inner diameter of the orifice to minimize water hammer have been investigated by both field measurements and numerical modeling.     

石家庄市引岗黄二期工程管道水击压力数值计算

在阀门关闭或开启的过程中,对有压管道的任一端面而言,水流运动要素随时间发生变化,形成非恒定流。这种管道阀门 的突然关闭或开启,引起流速急剧变化,同时引起压强突然增加或降低。阐述了计算水击压力的基本方程及基于特征线的数值解 法,并计算了引岗黄二期工程管道的水击发生变化过程。     

输水管道水流对截留气团的冲击

从试验、数值计算、理论分析三方面对输水管道系统水流冲击截留气团(囊)进行了研究.试验结果表明,水流冲击截留气团的最大压力与截团在一个大气压下的初始体积占管道总体积的比例多少有关.试验与数值计算结论相符.同时指出,在无法确定输水管道系统截留气团大小时,可采用忽略摩阻的刚性水锤模型进行计算,所得结果与输水管道系统截留气团大小无关,且偏安全.     

水头压力及管道特性对水击波速变化的影响

把Pearsall提出的可变波速公式引入特征线法中，对二相流的水击波速在发生水击时的变化情况进行了计算分析，研究水中含有气泡的管路在水击时管道初始水头及管道特性等敏感因素对水击波速变化的影响，指出上游水头降低、相对管壁厚增加、管材弹性模量增加都会引起水击波速变化的加剧．     

液控蝶阀和超压泄压阀对水锤联合防护效果分析

以山西省长治市庄头泵站为例,针对供水工程倒虹吸管段出现的水锤压力过大的情况,采用数值模拟的方法,分别模拟了两阶段关闭液控蝶阀单独防护水锤、超压泄压阀单独防护水锤与液控蝶阀和超压泄压阀联合防护水锤的压力管路情况。对比分析了3种防护措施下的管路技术指标。分析结果表明:两阶段关闭液控蝶阀单独防护水锤与超压泄压阀单独防护水锤的效果均不明显,管路最大水锤压力仍不满足规范要求;而采取液控蝶阀和超压泄压阀的联合防护措施,能够有效地降低水锤压力,保证供水工程的安全运行。提出的液控蝶阀和超压泄压阀联合防护水锤的方法,可以为庄头泵站的安全运行提供技术支持,同时,也可为其他类似泵站的水锤防护提供参考。