flowmaster市政工程应用-管网叠压供水系统的瞬态模拟

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1、第24卷第4期湖南科技大学学报（自然科学版）Vol.24No.42009年12月JournalofHunanUniversityofScience&Technology（NaturalScienceEdition）Dec.2009管网叠压供水系统的瞬态模拟许仕荣，孙玮（湖南大学土木工程学院，湖南长沙410082）摘要：对基于流体瞬变流理论以及弹性管理论的管网叠压供水系统模型进行了分析；阐述了FOLWMASTER管网建模原理，分析了其主要模型构件；应用FLOWMASTER软件对某一实际的管网叠压供水系统进行了瞬态模拟，据此分析了其对市政管网水力特性的影响.图5，表1，参5.关键词

2、：管网叠压供水系统；瞬变流；弹性管；FLOWMASTER中图分类号：TV222.2文献标识码：A文章编号：1672-9102（2009）04-0047-05管网叠压供水设备（AdditivePipePressureWater它组件的正常工作有着巨大影响.因此，瞬变流研究SupplyEquipment）因其节能节水以及杜绝二次污染对叠压供水系统的合理设计、优化、故障诊断及保证等优点，已经逐步应用于我国城市二次供水领域.因市政管网压力的稳定性有重要指导意义.其在国内发展起步较晚，相关的行业规范尚不完善，瞬变流理论的基础是水流运动的力学规律和连市场上各式各样的设备良莠不齐，因此，对管

3、网叠压续原理，根据牛顿第二定律和质量守恒定律，导出的系统进行基于理论层面的分析模拟，是优化设计系统管道瞬变流的基本方程，包括运动方程和连续性方的关键所在，也是实现清洁节能的二次供水必须解决程，它全面表达了有压管流中瞬变流动规律，其基本的课题.理论公式如下[2]：运动方程1管网叠压供水系统水力模型鄣Q鄣Hf+gA+QQ=0.（1）鄣t鄣X2DA1.1有压管瞬变流连续方程当液体质点的运动要素（流速，压强等）不仅随空2鄣Q鄣Ha+gA=0.（2）间位置而变，而且随时间而变时，这种液体的流动被鄣X鄣t称为瞬变流[1].有压瞬变流，指封闭管道中的瞬变流.管式中，H为管路中的水头，m；f为

4、管路磨阻系数；Q为3网叠压系统直接从市政管网抽水所引起的水流现象管内流量，m/s，以指向下游为正；D为管道直径，m；A2是典型的有压管瞬变流，所以必须根据瞬变流理论来为管道截面积，m；a为水击波波速，m/s；g为重力加速2研究.由于管网叠压供水系统的某一组件工作状态的度，m/s；t为时间，t；x为距离，以指向下游为正.变化（泵的启闭、阀门开度变化等）或受外界影响（如管道瞬变流问题的求解一般基于运动方程和连用户用水量的变化），将不可避免地在管道内产生流续方程，其方法大致有：解析法、图解法、差分法以及速和压力的脉动或冲击，形成瞬变流.水力特性的突特征线法.其中的特征线法因其概念明确

5、，适用于复然变化对管网系统的稳定性和可靠性，以及系统中其[3]杂的管道系统，具有较高的求解精度而常被采用.收稿日期：2009-10-10基金项目：湖南省科技攻关项目（07SK4044）；国家十一五“水体污染控制与治理”科技重大专项（2009ZX07423-004）作者简介：许仕荣（1962-），男，湖南永州人，教授，主要从事给水排水管网系统及其优化方面的研究.471.2弹性管模型个波动传播周期，此时最大压力变化值和流动速度变化成比例，并和波传播速度相互独立，需要采用刚性管网叠压设备在刚启动的瞬间将会产生很明显管模型进行模拟.的瞬变流现象，抽水口附近压力将会发生突然降低，本文对管

6、网叠压供水系统水泵启动时进行模拟，这种流动形式将以弹性波的形式在管道内传播，同时水流流态突变所发生时间远小于一个波动传播周期，伴随着剧烈的压力波动.而在我国，市政给水管网一属“快速”事件，故需按照弹性管模型进行分析.般都是由薄壁管构成，这种管材有个非常显著的特点：若产生瞬变流，则易形成波速恒定的弹性波，由于2FLOWMASTER管网系统建模原理弹性波所到之处，管道将会出现缩小或膨胀，液体的FLOWMASTER是一款流体管网系统仿真工具，可流速、密度以及管道的横截面积都会发生相应的变以进行各种稳态、瞬态等水力模拟，已被广泛地应用化，所以在弹性波经过管段所需的时间内净流入液体于各种

7、水输送系统、冷却润滑系统、以及热管理系统质量恒等于在管段内所增加的质量贮存量.弹性管模的设计、优化和性能仿真中.在进行流体网络计算时，型就是用来模拟包含流动流体的管道弹性效应.弹性可以把其看作是由一系列流体管道组件组成，组件模管要考虑管壁的受压膨胀，其应力和应变成比例，即型主要是基于压力-流量关系.管道组件之间以节点为线弹性的.本文中考虑管壁的弹性效应，为了准确相连，网络中各组件的流动由质量守恒定律、能量守给出弹性管的网格尺度，需要进行如下计算：恒定律导出的形如（压力，流量）f=0的线性方程