基于UDF方法的阀门变速关闭过程中的水击压强计算研究

采用Fluent中的滑移网格技术模拟了球阀的转动过程,对管道中阀门突然关闭引起的水击压强进行了数值计算。计算采用标准k-ε模型并考虑了水的压缩性。通过UDF定义球阀的转动速度,分析了关阀时间和关阀方式对水击压强的影响。结果表明阀门匀速关闭时增大关阀时间对减小水击压强的作用效果在0．3 s之前较为明显;阀门关闭时间一定时,减速关阀方式能有效降低最大水击压强。     

多重阀门关闭降低高压管道水击压力的机理和实验研究

高压管道中阀门的关闭会产生水击压力,水击压力过大会破坏管道系统,造成严重的安全事故。提出一种多重阀门关闭降低水击的新方法。为了得到管道内水击压力,采用CFD软件仿真进行计算。多重阀门关闭方法相较于一般的单个阀门关闭,有效地降低了管道中产生的水击压力;并通过试验验证了多重阀关闭方法的有效性。在此基础上完成了双阀门关闭模型的各参数影响水击压力数值的模拟仿真计算,得到上游阀门开度、阀门关闭速度、两阀门间距对水击压力的影响规律。通过对比三阀门关闭模型的水击压力模拟仿真计算,得到双阀门是最优选择的结论。研究结果提出了一种降低高压管道中的水击压力的新方法,对高压管道的安全输送有重要意义。     

阀门系统的过流特性及其对瞬变过程的影响

阀门的过流特性以及水击压力控制是输水管道优化运行的关键技术之一。为了确定复杂阀门系统的流量系数并控制阀门在关闭过程中产生的水击压力,运用有压管流的基本原理推导出阀门系统的综合流量系数计算公式,并以流量系数的变化过程来评估管路中产生的最大水击压力。结果表明,压力管路中产生的最大水击压力与流量系数的变化规律直接相关,对于同样的管路控制工况,流量系数的变化过程越平缓,所产生的水击压力越小。     

调压塔对输水管道压强影响研究

为了解决城市供水管道破裂这一重大难题,研究调压塔对城市输水管道压强的影响。本文在分析了调压塔对水击波压力影响后详细研究了不同类型的调压塔对输水管道压强的影响,其中调压塔类型主要涉及圆筒式、阻抗式、双室式;接着重点分析了调压塔与阀门相结合对输水管道压强的影响,主要包括中间阀门对管道压强的影响和中间阀门与调压塔相对位置对管道压强的影响等。     

最优水击及最优开度的探讨

水轮机的开度变化规律对水击压强影响很大,反应十分灵敏。本文主要从理论上探讨在相同的T_s值下,找出一种最优的关闭规律,使相对水击压强ζ值小于任何关闭规律下的最大相对水击压强ζ_(max)值,相应于这种最优关闭规律下的开度称之为最优开度,而在最优开度下发生的各相同号等值正水击称之为最优水击,其值小于一相水击值或末相水击值。文中提出最优水击及其最优开度的计算公式和推导、计算举例,时一相水击(高水头水电站)和极限水击(中低水头水电站)的分析计算。水击压强是设计水电站的压力水管和进行机组强度计算必须计入的一项主要动荷载在相同的T_s值下,采用最优开度可以减小水击压力,从而可以降低建筑物和机组之造价。初步研究表明,对水头200米以上的高水头水电站来说,采用最优水击计算法更具有明显的经济价值。当然,采用最优开度后,相应地要求水轮机的调速设备必需具有相当高精度的分两段不同等速的关闭装置。     

基于改进的水击方程的计算程序编制与应用

基于改进的水击方程,用矩形网格差分格式及其算法原理,研究了特征线求解水击的方法,用C＋＋语言编制程序,对水平放置的简单管道在阀门逐渐关闭时的水击进行了模拟计算,并分析了计算结果的合理性。     

管道系统泄漏检测的瞬变水击压力波法

管道系统的泄漏影响着瞬变水击波波形的畸变和衰减特性,比较研究了两种阀门关闭激励速度对管道泄漏瞬变检测精度的影响.在此基础上,基于阀门部分快速关闭,提出管道系统泄漏检测的瞬变水击压力波法,即利用第一个瞬变压力波波形上的间断点时刻定位泄漏位置,间断点衰减幅值辨识泄漏量,并通过不计算管道内部计算断面的特征线法理论推导出了泄漏量参数与该衰减幅值之间的关系式.给出了该方法的检测步骤,并对该法进行了数值验证.仿真结果表明该方法简单、有效.     

简单管路中水击的类型偏误分析及解析计算

简单管路的水击分析是水电站设计的重要部分。该文对目前设计中采用的阀门开度匀速变化时水击的解析计算中存在的问题进行研究,详细推导和分析水击计算的区域划分,给出了正确的负水击区域划分图;通过以直线代替曲线的方式,提出足够精确的简化水击区域划分图;通过与精确水击区域划分图的比较,阐明了简化水击计算中可能出现的类型误判;基于直接求取水击最大值的考虑,提出第一相水击和末相水击类型的后验判别方法。此外,还给出了直接水击和第一相水击的直接计算公式。算例分析表明:该文给出的水击区域划分、提出的水击类型后验判别方法以及推导的水击直接计算公式正确可行。     

基于阀门关闭策略的重力流管路水锤控制分析

在输水管路中一旦出现水锤问题,不仅严重影响输水工程安全,还会制约输水工程的进一步发展。重力流作为高效节能的输水方式,有必要对其阀门关闭方式进行研究,改善水锤问题以提高安全性。以MATLAB为工具进行数值模拟计算,先对阀门两阶段调节分析,发现先快关后慢关的阀门关闭方式对水锤的控制效果优于先慢关后快关方式;再对阀门两阶段关闭方式中的快关时间和快关关闭量影响因素进行研究,发现采用"4 s快关65%,16 s慢关35%"连续两阶段关闭方式能够有效控制水锤,而且阀门的关闭量是影响管路中水锤压强的主要因素;进一步分解阀门的快关和慢关关闭过程,增加动作次数,采用"1 s快关35%,3 s快关30%,12 s慢关25%,4 s慢关10%",水锤最大压强得到抑制,同时阀门完全关闭后的压强波动情况也得到改善。将在两阶段间加入时间间隔的关闭方式与连续两阶段的关闭方式进行对比,发现前者对水锤问题也能发挥良好的控制效果。因此,在设备无法满足多次连续动作时,采用在两阶段间加入时间间隔的关闭方式也能有效的控制管路水锤。     

水击和调压室水力实验装置研制

自主研制的水击和调压室水力实验装置,可测定阀门不同启闭规律和管道上不同流速条件下的最大水击压力、水击压力过程线、沿管道水击压力分布以及调压室最高最低涌浪水位和水位波动的衰减过程;并且利用计算机测控,一次完成水击和调压室水力实验测控过程及数据采集和波型回放;通过实验证明,压力管道最大水击的实测值和理论计算值吻合,设置调压室时,调压室最高、最低涌浪水位和水位波动过程与实际情况完全吻合。     

简单管水力系统水击的级数解析解

针对简单水力系统的基本方程,考虑阀门按线性关闭历时规律的初始条件和边界条件,利用该偏微分方程组的形式解,推导出时间关于系统末端水击的一阶线性微分方程,从而求解了系统末端水击的隐式解析解.进一步从数学上将水击分解成均具有级数解的两部分,利用三角级数展开的方法分别求解其级数解,最后给出了水击级数解析解的表达式.     

管路水击压力的数值模拟

阐述了管道中水击压力波传播的原理,在考虑管壁和流体粘性摩擦的条件下,建立水击2-方程模型进行数值模拟,并与经典水击模型进行了对比仿真分析.结果表明:水击过程中,两模型的阀门处最大压力增值和周期均相同,分别为127 m水柱和72 s;2-方程模型的管路压力值逐渐衰减,直至消失.     

流速及管道特性对水击的影响

应用特征线法 ,对钢管及 PVC管道中水击进行计算 ,分析了管道中水流流速及管道材料、管壁厚度对管道中水击压强大小、水击压强的增长过程及其相长的影响     

复杂管道水击计算的电算方法及通用程序

本文讨论由多根串联、分叉管组成的复杂管道,水击计算的电算方法。提出了末端条件为阀门、孔口、封闭端,阀门启闭规律为曲线(含直线),以及同、异步启闭等各种情况下,计算正、负水击的电算通用程序。安徽省流源水电站引水管道设计时,采用本程序计算水击,很短时间内,为设计者提供了满意的成果。     

四等奖:旋启式水阻可控缓闭止回阀——1988年度国家发明奖获奖项目简介

单位:清华大学L程力学系 武汉阀门厂 发明人:王学芳、雷赤斌、叶宏开、汤荣铭、李滨江、余钢 旋启式水阻可控缓闭止回阀属于给排水管系的防倒流及防水锤装置。装置由阀体,水阻尼缸,缓闭调节阀,控制管路构成。事故停泵时,能控制水倒流,具有阀门关闭速度可调,防止水击,保护水泵及管路的功能。 新型止回阀,有合理的防水锤的关阀程序,克服了一般止回阀停泵关闭时水锤严重的缺点;运行输水时,阀瓣能稳定开到设计位置,不漂动,不摇摆;工作阻力比一般止回阀小20%～30%,寿命长,节能显著。 本阀门是据根水流瞬变理论,综合考虑装置的动态特性方程后,编…     

液流旋启式止回阀阀内流场数值模拟

为了研究液流旋启式止回阀在工程实际中的动态特性以及产生的振动、噪声及阀瓣运动特性,采用了计算流体力学方法建立阀瓣运动模型和三维几何模型,对其在开启、稳定、关闭阶段的阀瓣运动特性与流场变化情况进行仿真计算,通过可视化研究,获得阀内流场的速度矢量图、压力云图以及阀瓣的运动曲线。数值模拟结果表明:由于液流旋启式止回阀自身结构问题,阀瓣旋起造成径向上受力不平衡,开启时流速较大区域位于阀瓣四周缝隙处,最大流速随着进口压力的线性递增不断增加并以射流的形式往出口喷出,伴有振动和噪声;稳定工作时,阀瓣旋启,阀门处于完全开启状态,流道畅通,最大压力分布区域位于止回阀底部;关闭时进口端压力减小,阀瓣自重导致阀门关闭,阀门出口处产生涡流,造成涡动与水击。模拟研究结果可为液流旋启式止回阀的结构参数设计和优化提供参考。     

高压强电离计的试制

用二级吸附泵作前置真空泵的无油真空机组，为要获得１０－４乇的前置真空，需要在被抽容器压强降到１毛左右时关闭第一级吸附泵的阀门。用热偶计或皮氏计测量这个压强速度慢、读数不准，因此提出试制高压强电离计的任务。工农兵学员，在教研组工人师傅和教师的支持和帮助下，一面建立校准系统，设计高压强电离计管的结构，一面试制氧化钇阴极和制作电源，在不到半年的时间内，做出了一些初步结果。     

高压强电离计的试制

用二级吸附泵作前置真空泵的无油真空机组,为要获得10~(-4)乇的前置真空,需要在被抽容器压强降到1乇左右时关闭第一级吸附泵的阀门。用热偶计或皮氏计测量这个压强速度慢、读数不准,因此提出试制高压强电离计的任务。工农兵学员,在教研组工人师傅和教师的支持和帮助下,一面建立校准系统,设计高压强电离计管的结构,一面试制氧化钇阴极和制作电源,在不到半年的时间内,做出了一些初步结果。     

水头损失对水击计算的影响分析

在常规水击计算中,由于水头损失的大小与水击压强值相比较小,其对水击计算的影响通常不被重视。本文通过几种水击计算实例说明,水头损失对具体的情况有其不同的影响,处理不当,有时会得到荒谬的结果。本文最后提出了在水击计算中应如何处理水头损失项的几点建议。     

密闭管道水击现象实验研究

密闭输送是我国今后主要的输送油品的方式。对液体管网进行正确的水击计算分析,使其能够作为控制管道水击现象的参考依据和措施,并对防止和减轻液体管网水击破坏的分析具有非常重要的研究价值。本文借助等温输油管路实验台研究管道的水击情况,通过实验研究,对发生水击时的压力变动进行定量分析和对比,验证了几种可以避免或减小水击损害的措施,并通过改进实验减小了管道及泵站对水击波传递的影响。