长距离管道输水系统水力过渡过程计算及应用

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1、长距离管道输水系统水力过渡过程计算及应用（申请清华大学工程硕士专业学位论文）培养单位：水利水电工程系工程领域：水利工程申请人：熊小明指导教师：茅泽育教授联合指导教师：戚兰英教高二○一五年十一月ThestudyonHydraulicTransitionattheLong-DistanceWaterTransferPipelineSystemThesisSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementfortheprofessionaldegreeofMasterofEnginee

2、ringbyXiongXiaoMing(HydraulicEngineering)ThesisSupervisor:MaoZeYuAssociateSupervisor:QiLanYingNovember,2015摘要由于城市无序发展扩张，建设生产生活需水量持续增加，且我国水资源分布极不均匀，北方地区地下水严重超采，部分北方城市本地水源已不能满足城市持续发展需求，并造成严重的环境安全隐患。因此，近几年出现大量跨越数十公里的跨区调水取水工程。此类长距离输水工程多采用管涵加压输水，管道随地势高低起伏，穿越河流、道路等上下起伏，而输水泵站扬程高流量大。在发生事故停

3、泵、阀门快速关闭等突发快速断流情况下，因水流惯性和可压缩性，将在管道内产生更剧烈的压力急剧波动并沿管道快速传播的瞬变现象；在管道局部高点拉空出现负压、空气阀吸气、水汽化和溶解气体释放，空泡会逐步增大发展成气团、气穴，甚至隔断管道两端水流，产生水柱分离现象；当水流回流时，空泡两端分离水柱猛烈碰撞弥合，水汽（气）液化或溶解，造成升压更高、危害更大的水柱分离与断流弥合水锤，可能导致管道爆裂或凹瘪破坏，将严重影响输水管道的正常安全运行。为此需对此类工程进行全面且深入的水力过渡过程分析和仿真计算，通过模拟水锤过程，分析压力变化过程及分布，从而寻求消弱过渡过程、避免水锤

4、危害的方法，为工程安全且符合设计要求运行调度等提供科学依据。本文介绍了泵站管道输水系统水力过渡过程建模，水泵、阀门、空气阀等常用关键边界条件的建立及特征线算法；本文结合东水西调改造工程，选取玉泉山泵站输水管线建模，介绍了水泵、阀门、空气阀等基础数据处理方法，并进行事故停泵仿真计算；根据过渡过程水头、流量变化曲线，对空气阀布置和泵后缓闭阀开关流程进行试算优化，得出适合本工程的空气阀最优布置和开关阀流程。根据工程仿真计算，得到以下主要结论：（1）合理布置空气阀可有效减小管道内负压；（2）泵后阀门两段式关闭方式可以有效改善水泵的倒流量，减小管道内负压；（3）限制水

5、锤压力不论是从效能还是可靠性角度，都需采取多种措施联合处理；（4）水锤压力特大，防护较困难的泵站，建议从水锤防护角度对水泵采用变频器驱动，电源正常时逐步降频关泵，消弱水锤压力。关键词：长距离输水；水力过渡过程；水锤；空气阀IAbstractDuetotheexpansionofurbansprawl,urbanwaterdemandcontinuestoincrease,andthedistributionofwaterresourcesinChinaisextremelyuneven.Thegroundwaterinthenorthernregioniss

6、everelyovermining,andsomeofthelocalwatersourcescannotmeettheneedsofurbansustainabledevelopment,andcauseseriousenvironmentalsecurityrisks.Therefore,alargenumberofwaterdiversionprojectshaveemergedinthepastfewyears.Thiskindoflongdistancewaterconveyanceprojectusesthepipeline,thepipelin

7、ealongwiththeterrainfluctuation,throughtheriver,theroadleadingupanddownfluctuation;thepumpstationheadandtheflowisbig.Intheeventofanaccident,stopthepumporvalvequickclosingcase,becauseoftheflowinertiaandcompressibility,willproducemoreintensepressurefluctuatesinthepipelineandspreadqui

8、cklyalongthepipeline.Thelo