断流空腔弥合水锤其防护的理论研究和数值模拟.pdf

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1、图书分类号：：学校代码位论论文题百断流空腔弥合水锤其防护的理论研究和数值模拟研究生姓名文丹丹导师姓名刘恩斌（副教授）應柯熹（教授）学科专业流体力学研究方向多相流流体力学〇一五年六月西南石油大学研究生学位论文知识产权声明书及学位论文版权使用授权书本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于西南石油大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同

2、时，本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律注明作者单位为西南石油大学。本学位论文属于、保密（），在年解密后适用本授权书。、不保密（请在以上相应括号内打“”）年月日舞《月■日西南石油大学研究生学位论文独创性声明本人声明：所呈交的研究生学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，本论文不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含其他人为获得西南石油大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论

3、文作者签名：年月曰摘要我国分布在地形复杂、地势起伏较大地区的长输管线逐年增多，此类工程在泵站启停、泵机组调速、各中间站的流程切换或分输站的启停、事故工况停机以及调节阀动作失灵、误关闭等操作过程中，极易产生水锤增压波和减压波以较大的速度向上下游传播，使管线中出现液柱分离和弥合水锤现象，造成危害很大的断流空腔弥合水锤，因此深入研究断流空腔弥合水锤及其防护措施对保障长输管道安全可靠运行具有重要的意义。断流空腔弥合水锤是一个十分复杂的流态多样的气液两相流瞬变问题，本文主要针对断流空腔弥合水锤及其综合防护措施进行了相关的理论研究分析和数值模拟计算，主要完成内

4、容及取得的成果和认识如下：通过对液柱分离和弥合水锤现象的理论研究，从微观气泡动力学和宏观角度深入分析液柱分离过程中压力的降低和气体的释放、液柱分离的形成过程及其影响因素，研究了断流空腔的分类以及断流空腔与弥合水锤升压的关系，从整体上理解断流空腔弥合水锤全过程的实质及规律；通过对两阶段缓闭蝶阀、空气阀、单向调压塔等断流空腔弥合水锤防护措施的工作原理、性能特点及其选用的技术要求的研究分析，总结出断流空腔弥合水锤综合防护措施确定需要的基础数据，提出断流空腔弥合水锤综合防护措施的防护目标及选用原则；通过研究水锤数值解法的基本原理，推导其求解过程，利用特征线

5、法将水锤基本微分方程式转换成相容性方程得到其近似的数值解，建立各种工况下的内外边界条件，得到一般水锤计算的数学模型；以断流空腔弥合水锤的理论研究和数值解法为基础，考虑断流空腔的型态，建立并求解断流空腔弥合水锤的数学模型：完全断流型蒸气腔离散模型和完全断流型空气腔离散模型；以断流空腔弥合水锤的数学模型为基础，结合水锤综合防护措施，选用作为开发语言，编制断流空腔弥合水锤及其防护的数值模拟的软件；以某工程因事故停泵导致多处液柱分离的断流空腔弥合水锤为例，结合不同的水锤防护措施，根据实际工况选用完全断流型蒸气腔离散模型或完全断流型空气腔离散模型，利用编制的

6、软件进行数值模拟，通过得到的数值模拟结果绘制出最低、最高水头包络线以及主要点的水锤瞬态曲线和其他相关水锤数据，分析泵站和管路系统在不同防护措施下的断流空腔弥合水锤全过程，最后通过对比各种水锤防护措施的效果，得到适用于该工程最安全可靠的断流空腔弥合水锤综合防护措施。关键词：液柱分离；断流空腔；弥合水锤；防护措施；数值模拟AbstractInrecentyears,longdistancepipelinesdistributedinthecomplexandundulatingterraininchinaincreasedyearbyyear.This

7、kindofprojectsisveryeasytoproducewaterhammerpressurewaveanddecompressionwavetospreadtotheupstreamanddownstreamofthepipelineathighspeedinsomeoperationprocesses,suchaspumpstationstartandstop,pumpunitspeedcontrol,theintermediatestationprocessswitchingorsubtransmissionstationstart

8、andstop,accidentpumpshutdown,regulatingvalvefailure,mistakenl