基于aft impulse软件的长距离输水管线水力瞬态分析与工程应用

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1、工学硕士学位论文基于AFTImpulse软件的长距离输水管线水力瞬态分析与工程应用姜洪进哈尔滨工业大学2007年6月国内图书分类号：TV134.1国际图书分类号:UDC628.1工学硕士学位论文基于AFTImpulse软件的长距离输水管线水力瞬态分析与工程应用硕士研究生：姜洪进导师：袁一星申请学位：工学硕士学科、专业：市政工程所在单位：市政环境工程学院答辩日期：2007年6月29日授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TV134.1U.D.C.:UDC628.1Dissertati

2、onfortheMasterDegreeinEngineeringTHETRANSIENTANALYSISOFLONG-DISTANCEWATERTRANSMISSIONSYSTEMANDENGINEERINGAPPLICATIONSBASEDONAFTIMPULSESOFTWARECandidate：JiangHongjinSupervisor：Prof.YuanYixingAcademicDegreeAppliedMasterofEngineeringfor：Speciality：Municipal

3、EngineeringUnit：SchoolofMunici.&Envir.Engrg.thDateofOralExamination：June,29,2007University：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要对于长距离输水管线来说，当管线中的流量发生变化，或管线在输水的过程中发生事故时，长距离输水管线中的水流流动的稳态条件即被破坏，管道内水流的状态将由稳态流态变成非稳态流态，即瞬态流态。在水流由非稳态流动恢复到新的稳态流动的过程中，输水管线中

4、水流的各项水力参数随时间改变产生急剧变化，其变化程度往往超出恒定流的设计范围，从而对输水系统造成非常不利的影响，当这一变化速度过快时，就会导致输水管线管材结构的破坏，甚至会发生严重的生产事故。所以，对输水系统过渡过程进行系统的研究，对于输水工程的设计和运行是十分必要的。本文在前人研究、总结的基础上，对长距离输水系统水力过渡过程中几个比较重要的问题进行了更加细致的分析和研究，通过分析研究得出了了相应的结论。在此之后，结合长距离输水工程的具体实例，利用专业的工程软件进行了系统的水力建模，并将之前的研究成果应

5、用到建立的模型当中，之后进行了数值计算和结果分析，根据分析的结果，给出了管线运行和操作的科学建议。本文的研究主要包括以下几个方面：（1）对长距离输水系统的稳态和瞬态水力特征进行了系统的分析，并且分析和推导了相应的数学解法。在对几根相互连接的长距离输水管线求解其稳态结果时，引入管网计算时的数学解法，根据其基本特征列出相应的数学矩阵，利用牛顿——拉普森算法求解长距离输水系统在稳态工作状态下的各种水力工况。（2）介绍了瞬态流求解的各种基本方法，之后详细介绍和分析了目前最常用的，适用于计算机编程的计算方法——特

6、征线法，对特征线法进行了理论分析和计算公式的推导。（3）详细分析了输水管线产生空化的原因以及空化的相关理论，并通过对基本公式推导建立了长距离输水管线空化的数学模型。通过具体算例，对比分析了同一输水管线不采用空化模型以及采用空化模型得出的计算结果，给出了分析结论。（4）对于长距离输水系统中的常用附件，如阀门，分叉点等，以及本工程中特有的构筑物，如稳压井等，进行了瞬变流计算的有关分析，根据分析结果得出了瞬态流计算时不同附件的数学模型，同时结合空化理论，分析-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文得出了不同附件在

7、空化条件下的数学计算模型。（5）简要介绍了专业的工程软件AFTImpulse。结合磨盘山长距离输水工程，利用工程软件建立了数学模型，同时结合相关的空化理论，对模型进行了求解。根据结果分析了长距离管线在水力状态变化时的压力及流量的变化情况，结合工程实际要求，给出了相应的建议。关键词输水系统；有压管道；非恒定流；水力过渡过程；特征线法；空化；数学模型；-II-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractForlong-distancewaterpipelines,whentheflowchanges,th

8、esteadyflowconditionswillbedestroyed,thesteadyflowconditionswillchangeintounsteadyflowconditions,thatis,transientflowconditions.Whentheunsteadyflowconditionscometoanewsteadyflowconditions,thehydraulicparameterschangedramat