采用单向调压塔防止长输水管道水柱分离的研究

通过水锤防护的计算分析 ,提出了用单向调压塔防止“水柱分离”的技术方案 ,研制了经济实用的调压塔结构并组织了技术实施 ,取得了良好的水锤防护效果。现场试验结果与理论分析结果非常吻合 。

多处水柱分离与断流弥合水锤综合防护问题及设计实例(上)

远距离输水工程中易发生多处水柱分离并造成断流弥合水锤危害。在这种泵站管路设计中 ,应作全面的水锤电算分析并提出综合防护措施。总结多年来的研究成果 ,论述了多处水柱分离与断流弥合水锤综合防护设计中的几个基本问题 ,着重阐述了多点固定完全断流型空腔数 理模型的建立与运用 ,单向注水与注空气 (缓冲 )问题 ,多处单向注水电算源程序的编制 。

黏弹性管道水柱分离弥合水锤有限体积法模型

基于有限体积法二阶Godunov求解格式对黏弹性输水管道中水柱分离弥合现象进行建模和模拟研究.在传统的弹性管道模型基础上考虑管道黏弹性效应的影响.在瞬变流控制方程中引入管道黏弹性项和动态摩阻项,采用有限体积法进行求解,考虑压力修正系数来模拟自由气体对计算单元的影响,同时为避免数值模拟结果产生虚假震荡引入斜率限制器MINMOD函数;通过虚拟单元法进行边界构建,实现了计算区域的统一计算.将所建模型计算结果与已有模型结果、试验结果进行对比,并对影响模型的各参数进行敏感性分析.结果表明,本文模型能够准确模拟出纯水锤、水柱分离弥合水锤两种情况下的瞬态压力变化,均能与试验数据高度吻合;与传统的特征线方法相比,当库朗数C_(r)小于1时,有限体积法二阶Godunov格式计算结果更准确、稳定;在压力波动的衰减过程中,黏弹性效应相比于管道摩阻起主导作用;与弹性管道模型相比,考虑管道黏弹性效应后可显著提高模拟结果的准确性,尤其是压力波峰值的相对误差明显降低.

考虑动态摩阻的水柱分离弥合水锤Godunov模型

长距离输水管道水力瞬变过程中水体压强达到汽化压强时,将会发生水柱分离现象,水柱弥合将产生异常高压,导致管路振动、变形甚至爆管事故。已有的水柱分离弥合水锤数学模型主要采用特征线法(Method of characteristics,MOC)计算,并且很少考虑动态摩阻引起的能量衰减。为提高水柱分离弥合水锤现象的计算精确度和稳定性,基于有限体积法二阶Godunov格式,建立了考虑动态摩阻的离散气体空穴模型(Discrete gas cavity model,DGCM)。为实现管道边界和内部单元的统一计算,提出虚拟边界的处理方法。将该模型模拟结果与实验数据以及已有的稳态摩阻模型的计算结果进行比较,并对网格数、压力修正系数等参数敏感性进行分析。结果表明,本模型能够准确模拟出纯水锤、水柱分离弥合水锤两种情况下瞬变压力,与实验数据基本一致;考虑动态摩阻的瞬态压力计算值与实验数据更吻合;与MOC相比,当库朗数小于1.0时,有限体积法二阶Godunov模型计算结果更准确、更稳定;尤其是,压力修正系数取值0.9及较密网格时数学模型能更为准确地再现实验结果。

高扬程取水泵站水柱分离与断流弥合水锤防护措施

高扬程取水泵站容易发生多处水柱分离和严重的断流弥合水锤危害.结合工程实例,探讨了在事故停泵水锤过程中,注气阀、单向注水装置等水锤防护措施的作用机理,且按水锤基本理论选用了布置方法,建立了单向注水装置边界条件数学模型,并对泵站各种工况下的停泵水锤进行了计算和对比分析.结果表明,对于高扬程取水泵站,合理布置和设计注水装置可以有效地控制水柱分离和断流弥合水锤.

抽水蓄能电站尾水管水柱分离数值模拟

抽水蓄能机组在极端工况运行时,可能会出现气体释放、空化甚至水柱分离现象,这对抽水蓄能电站工程设计和机组安全稳定运行造成潜在威胁。针对上述工程问题,本文基于有限体积法,将气液相变空化模型应用于气液两相流和水柱分离计算。基于Riemann不变量方程,提出有限体积和特征线耦合计算方法对抽水蓄能机组尾水管空化过程进行了数值模拟,并系统分析了尾水管进口发生空化和水柱分离后的压强变化情况。研究结果表明:压力管道内负压产生的空化和水柱分离可能引起较大升压,对机组稳定运行产生影响。该研究对电站工程设计和机组安全稳定运行有重要意义,同时为水柱分离的数值模拟提供了新的思路。

对卡普兰式水轮机尾水管水柱分离的预测

为了确保尾水管水柱分离在已改造的水轮机中不发生或得到控制，模拟尾水管过渡过程是电站改造过程中的重要一环，本文尝试对尾水管水柱分离过渡过程进行数学模拟，并将结果与已公布的实验结果加以比较。

水泵水轮机甩负荷过渡过程尾水管水柱分离数值模拟

水柱分离是水力系统中由局部空化而导致的空腔中断连续水流的现象,一般发生于系统压力大幅波动的“水锤”过程中,紧随其后的空腔溃灭会带来脉冲性质的压力突增,极具危险性。这一现象也可能发生于抽水蓄能电站的水力系统中,是造成“抬机”破坏的诱因之一。利用一维管道与三维水泵水轮机耦合的水力模型模拟了某模型水泵水轮机在甩负荷过程中发生的空化现象;采用极端的运行条件,成功实现了尾水管内水柱分离-弥合过程的模拟。结果表明尾水管水柱分离-弥合后还会在转轮叶道内反复出现小型空腔生成及溃灭现象;空腔溃灭导致的升压脉冲会在水泵水轮机流道内传播,在各个部件引起不同程度的压力突增;尾水管进口的压力增幅最高,容易对转轮造成巨大的反向水推力,进而导致“抬机”事故。鉴于难以在原型或模型电站对水柱分离现象开展测试,该研究可为今后深入研究此类问题提供新的思路和方法。

不同型式空气阀的水锤防护效果研究

空气阀是安装在输水管道上的水锤防护装置。空气阀型式和孔径选择不合适,会使空气进入管道不及时而引起汽化现象或管道内的空气快速排放而引起水柱分离再弥合的撞击。为了研究不同型式空气阀的水锤防护效果,运用瞬变流理论和特征线方法,建立空气阀边界条件;用Matlab软件进行数值模拟计算,比较了没有空气阀、单阀孔空气阀和双阀孔空气阀的水锤防护效果。进一步分析了使用双阀孔空气阀时,不同阀孔孔径对水锤防护效果的影响。计算结果表明:安装孔径合适的双阀孔空气阀可以同时达到减小瞬变负压和防止瞬变正压过高的目的。

泵—阀压力管道弥合水击的分析与控制

在压力供水管路系统中,止回阀用以阻止水泵突然停运时的水柱倒流,但若其关闭速度过快则会引起阀后水柱分离,产生弥合水击。为此采用刚性水击理论,推导出弥合水击升压的计算公式。分析计算表明,该水击压力远大于正常工作压力,且稳态流量越大、管路越短则其值越大,越可能危及系统安全,必须加以预防和控制。为此,提出了一种简单有效的控制方法。

单向调压塔水锤防护特性的研究

单向调压塔是一种用于防止管道系统中产生负压 ,导致水柱分离再弥合的水锤防护措施。结合九江第三水厂水源泵站长输水管道系统的实例 ,进行了水锤防护措施的分析 ,研究了单向调压塔水锤防护的特性。结合工程实际 ,提出了采用单向调压塔进行水锤防护的技术方案 ,组织了技术实施 ,进行了现场试验研究 。

长距离高摩阻供水工程中的水锤计算与防护

针对广东省惠州大亚湾供水工程的特点 ,应用水锤理论进行长距离抽水系统的水锤计算及防护的研究 ,提出了相应的防护技术措施。计算结果表明 ,对于长距离输水系统 ,当以防负水锤为主时 ,采用不同形式的调压塔向管道补水是一种切实可行的办法 ,因而应充分考虑不同调压措施的混合运用 ,并对大容量调压塔的尺寸进行优化。

长距离输水工程停泵水锤防护措施研究

在长距离输水工程中,管线在停电和停泵后由于水压降低而诱发水锤现象,严惩危害管道的正常运行,为了保护管道,通过多种方案的技术经济比较,如加大泵组的转动惯量、设置空气压力罐、空气阀、双向稳定塔等方案,最后选定在管道的沿线设置多个单向塔,通过各个单向塔的共同作用很好地解决了管道中的水锤问题;其结果可供长距离供水工程中设置单向塔方案参考。

取水泵站停泵水锤电算技术研究

利用电算方法研究了广东某取水泵站在各种不利组合条件下 ,突然停泵时管道内水锤波的推移情况 ,即暂态过程。并根据暂态过程研究结果 。

冷却水系统断流弥合水锤的防护研究

有压管道中发生的水柱分离易引起很大的弥合水锤,研究了火电厂冷却水系统的水锤防护问题。首先,改进了已有的凝汽器和冷却塔模型,把凝汽器内的细管等效为两个管道并考虑冷却塔处水位的变化;其次,基于特征线方法,利用Fortran编制水锤计算程序,对某电厂实际的冷却水系统进行了加装空气阀前后的水锤分析。结果表明,空气阀有效防止了负压的产生,消除了断流弥合水锤压力,保证了系统的安全运行。

梯级供水泵站停泵水力过渡过程分析及控制

阐述了梯级供水泵站停泵水力过渡过程的特点,结合工程实例,应用特征线法对两级泵站同时事故停泵或其中一级泵站事故停泵时可能出现的断流弥合水锤、下游泵站进水池抽空或漫顶的问题进行了计算分析,并提出了相应的控制措施。

停泵水锤电算中的几个问题

就停泵水锤数值计算中涉及的几个问题进行了探讨。包括边界条件方程、管道的简化与计算分段、泵阀参数设定。

基于CFD有压管道水锤特性

为了进一步揭示管路系统在不同流动条件下的水力过渡过程,降低水锤危害,以简化的直管路系统为研究对象,采用数值模拟方法对其关阀水锤进行了研究.基于SST k-ω湍流模型对直管路系统具有连续水柱的水锤现象进行了三维CFD计算分析,同时采用VOF多相流模型耦合Schnerr-Sauer空化模型对直管路系统伴有水柱分离的水锤现象进行了研究,得到了直管路系统在不同稳态初始流速和关阀方式下的瞬变流特性.研究结果表明:稳态初始流速较小时,不会产生水柱分离现象,稳态初始流速较大时,容易产生水柱分离现象;水锤波的传播大致可以分为4个阶段,水锤压力会在耗散作用下逐渐衰减,水柱弥合时会造成更大的水锤压力;稳态初始流速和关阀方式对水锤压力具有重大影响,水锤压力随着稳态初始流速的增大而增大,最大水锤压力与稳态初始流速近似呈线性关系,阀门“瞬间关闭”时水锤压力最大,“先慢后快”关闭时水锤压力最小.该研究对有压管道的水锤防护具有一定的指导作用.

泵系统瞬变过程中断流形态与断流空腔的波动分析

通过实验研究,探讨了在泵系统瞬变过程中不同管路长度布置形式对水柱断流位置、形态的影响:瞬变过程中的断流总是首先出现在管首处,且大多存在雾状汽化区;中部断流不存在雾状汽化区,而主要出现大气泡断流,并且一处的断流形态还直接受另一处断流边界条件控制。文中重点探讨了中部断流空腔的形成、形状及其变化规律、机理和物理-数学模型;运用圆断面明槽中断波相对波速vw与水深h的对应关系和落(涨)水断波的概念对断流空腔形成阶段和弥合阶段中瞬时水面曲线(即波形)及其变化进行了宏观的计算、分析及综合的波动论证,计算机分析的结果与实测的断流空腔形状及变化规律吻合良好。