热水供热网水锤分析论文

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1、热水供热网水锤分析论文摘要本文对热水供热网的水锤现象和产生原因作了分析；建立了热网水锤分析的数理模型，从描述水锤基本规律的偏微分方程组出发，使用特征能法对热水供热网进行水锤数值计算．本文也考虑了有蒸汽空泡溃灭水锤的计算问题．根据建立的水锤分析数理模型，对北京某大型热水供热网进行了七种瞬变工况的水锤分析，计算结果从物理上看合理、正确，与委托国外某公司对该系统计算的结果符合得较好，在"汽穴"发生后，计算结果比国外的更合理．关键词水锤供热网集中供热系统0前言近十余年来.freelH2O）；t为时间（s）；a为水锤波传播速

2、度（m/s）；A为管道横断面积（m2）；Q为管道流量（m3/s）；x为计算点距起始点的坐标距离（m）；f为管道沿程磨擦阻力系数；D为管内径（m）。由特征线方法，上述偏微分方程可以用下面的一对有限差分方程近似：（３）（４）式中式中Qpl、Hpl为时刻t管遇第i个计算截面的未知流量和测压管水头；Qi-1、Hi-1；为时刻t-△t管道第i一1个计算截面的已知流量和测压管水头，Qi+1；Hi＋l为时刻t-△t管道第i十1个计算截面的已知流量和测压管水头。从图1可以看到若已知t=0时刻管道的各计算截面的H和Q值，在任何一个内

3、部网格点，都可以利用方程组求出计算时刻的H和Q值。2．2边界条件下面逐各讨论热水供热网中常见的边界条件。（1）水泵根据相似准则，当泵的比转速相同时，具有相问的全特性WH及WB。令其中式中下标R代表额定值；H为扬程，Q为流，T为轴线转矩；N为转速。如果某台泵全特性曲线已知，那么就有v和a。两个未知量，可以通过平衡方程和扭矩平衡方程，叠代求解v和a，得到每一时刻泵的动态参数作为边界条件。（2）调节阀（5）（5）对于负向流动：（6）（6）式中t为阀的开度；H0是在初始稳定条件下，即当y=l。通过阀的流量为Q的水头差。（3

4、）分叉管道的联结节点忽略管道节点处的局部损失，可近似地看作各管道节点处的水头相等（7）式中i与分叉管道联结节点相接的管道编号。(4)局部损失（8）（9）式中各参量右下角的第一个下标表示管子的序号，第二个下标表示管段节点的序号，ζ为节点的局部阻力系数。（5）热用户如图2所示为热用户物理模型。其中①表示和热用户相连的供水管，③表示和热用户相连的回水管，1表示热用户入口侧管道截面标号，2表示热用户出口侧管道截面标号。（10）反向流动（11）式中S为热用户的阻力数。（6）集中惯性元件在主管和装置间的短接头、较长系统中的短管

5、和管壳式水加热器都可以当作集中惯性元件来处理，认为管为非弹件的，其中的液体为不可压的，瞬变分析时，认为这部分的弹性远不及惯性重要，当液体介质为固体处理。2.3蒸汽空泡溃灭水锤分析模型热水供热网水温较高，管网中产生水锤时，一方面出现压力的急剧升高和下降，另一方面压力下降达到水的汽化压力时，使水汽化，极易发生空泡溃灭水锤，这是热水供热网的特点。当供热系统管道中出现蒸汽穴时，认为汽穴使水柱分离，而在压力升高时，被分离的水柱再度弥合，互相撞击，形成压力急骤上升。因此在产生蒸汽空泡前和空泡溃灭后，都将水柱视作连续的流体，采用

6、前面所述的常规的特征线法进行计算，而一旦产生蒸汽空泡后，就将该截面视作新的特殊内边界，按照水柱分离的模型计算。水头的升高值（12）空穴的体积（13）式中QfnQf，是在时间步长△t流入截面的平均流量和流出截面的平均流量。3热水供热网水锤分析本文以北京某大型热水供热网为例，分析了七种瞬变工况（正常负载调节和事故工况）。3。1大型热水供热网概况该热网总供热面积为100190000平方米，有151座热力站，热电厂距离供热区15公里，电厂与管网最低点地形高差为47米，与最高点高差为15米，管线设计压力为16巴，设计温度为1

7、50度，最大流量为8262吨／小时，最大管径为1200毫米。热网循环系共6台分两组并联安装，每组中有一台为备用泵，主循环泵特性如下；流量2250吨／小时，扬程160米水柱，转速1480转／分，轴功率1230千瓦、供热系统回水管线上设有两个完全相同的加压泵站，每个泵站装有6台完全相同的并联的泵，其中两台泵为备用泵，加压泵特性如下：流量2016吨／小时，扬程35．1米水柱，转速970转／分，轴功率280千瓦。3．2水锤工况分析图陵8至图11是对该热水供热网可能出观的七种瞬变工况的部分计算曲线。（1）主供水管线上阀门在幻

8、213秒内关闭图3给出了主供水管线上阀门前后压力随时间的变化曲线．在阀门关闭时，阀门前（虚线表示）出现正水锤，阀门后（实线表示）出现负水锤。计算给果曲线趋势是符合物理概念的。阀门前压力上升可达到将近450米水柱，阀门后力降到饱和汽化压力，在管道内形成气穴，在275秒时，空泡溃灭，导致30米水柱的瞬间压力增加，之后再一次出观气穴，管道内气穴体积的变化曲线如图4