运动界面追踪

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1、运动界面追踪摘要本问题是关于输水管线利用地面落差有压、重力流输水工程。当输水管线建成后，首次通水时，需防止水流速波动产生水击破坏管线。因此产生一系列运动界面追踪问题。第一问是关于模拟出水前沿面的运动过程计算出水前沿面顺序到达管线高程谷点和峰点的时间的问题。我们采用局部分析法。根据连通器原理，考虑不同情况下的注水情况。根据不同的注水情况计算水头前沿面到达各峰点、谷点所需时间。计算跨过的若干个峰点的点到点节点坐标距离，假设斜率变化可忽略不计，将若干段视为一条直线则。则且可知长度第二问，计算由一种恒定流

2、达到另一种稳定流后的管线水头压力分布和需要的时间。题中要求分两次加压，即将第一次加压视为加压到最终目标的一半，即达到2900.8。根据第一问求解，忽略水头损失，一、问题重述某输水管线是利用114米地面落差有压、重力流输水工程。管径2.2米，管线长度176公里，地面高程变化很大。当输水管线建成后，首次通水时，为了防止水流速波动产生水击破坏管线，只能以每秒0.6立方米的流速由某水库向管线内灌水。当被供水城市水厂出流稳定后，再逐步提高入流速度达到每天45万吨（一期工程单线）的额定工作状态。运动界面追踪问

3、题：1．第一阶段：假设以每秒Q（=0.6）立方米入流速度向管线内灌水，模拟出水头前沿面的运动过程，计算出水头前沿面顺序到达管线高程谷点和峰点的时间。2．第二阶段：再分两阶段提高入流速度达到每天45万吨的额定工作状态，请设计通水方案，计算出由一种恒定流达到另一种稳定流后的管线水头压力分布和需要的时间。mpsgps_09jhdata.txt是某输水管线信息数据二、问题假设1、假设不考虑水在管道中的损失。2、假设水不可压缩断面上各点流速相同。3、假设在下坡的过程中初速度为0三、符号说明信息码突变点的集合

4、表示到的管程中的第个信息码突变点节点坐标管中心高度局部阻力系数所有谷点的集合所有峰点的集合经过点时的速度Z水流高程（自定基点）水流速度水流的压强就是压力水头，是等压力换算成水柱高度的形式突变点一、模型建立与求解5.1计算水头前沿面顺序到达管线高程谷点和峰点的时间5.1.1若则满足为谷点；若则满足是峰点且因为第一点是下降点，最后一点是升高点，所以谷点和峰点个数量相同。设信息码突变点的集合表示到的管程中第个信息码突变点。，由能量守恒定律，那么，在点，由于局部阻力系数的不同，可以考虑为在点产生一恒定阻力

5、，效果为对通过该点的水流速的影响，考虑为水流经过点时水的流速变为5.1.2水面上升过程考虑连通器原理由于从到的下坡过程中可视为水到达时的初速度为0图一可知又（匀加速直线运动公式）可解得，为经过点时的速度，则由于信息点突变造成的影响可视为在下降过程中从到那么同理从到的总时间为下面考虑水面上升为连通器将水注满的情况分下列两种情况考虑1、后一个峰点比前面所有峰点低即只要住满到与最后一个峰点两端高程相等处即可若为这种情况从到所需时间为则已知的高程在前取最近的一点使的高程恰好大于即可则2、若后一个峰点比前面

6、若干个峰点高，则根据实际情况需要将水也填到一个与后一峰点高程相等处由图根据前一种情况所得结果可近似估计为为所跨过的若干个峰点的点到点节点坐标距离假设斜率变化可忽略不计，将若干段视为一条直线则则且可知长度5.2计算由一种恒定流达到另一种稳定流后的管线水头压力分布和需要的时间要从0.6加压到5802.3题中要求分两次加压，即将第一次加压视为加压到最终目标的一半，即达到2900.85.2.1计算水头压力分布流体力学中，根据伯努利方程（只适用于恒定流）是水头损失（由于在第一问的情况下进行，故不予考虑）则Z

7、=298m-184m=144m，F为第一问中求出的沿程阻力附录