断流空腔气水两相流态分析及对水力过渡过程的影响研究

摘要

为了满足我国经济的高速发展,解决水资源分布不均的矛盾,必须进行水资源分布的调配,我国近年来新建了多个长距离输水工程,该类工程输水距离长,管道起伏大、扬程高、流量大、管路布置复杂。输水管路的水力过渡过程包含了所有泵站和重力流管道的水锤现象,他主要是指从某一稳定状态过渡到另一稳定状态过程,发生的一切非恒定流流态。水锤持续的时间短暂,但它会造成严重的工程事故,尤其是出现了更具有破坏力的水柱分离和断流空腔弥合水锤时,水锤造成的危害是多样的,一旦水锤现象出现,会造成泵站设备和输水管路系统的损坏、操作人员伤亡、供水中断、严重影响工农业发展和人们的正常生活。所以必须深入研究水力过渡过程,而水力过渡过程发生变化时,必然伴随着管路中压力震荡和气水两相流流态变化的。
　　本文阐述了断流空腔气水两相流流态成因,包括管道气水两相流流态中气体来源及存气条件,断流空腔气水两相流分类,各气水两相流流态在水力过渡过程中相互转化的过程。另外,在对断流空腔气水两相流理论分析的基础上,研究了对断流空腔气水两相流采用排气注气和单向注水措施,影响水力过渡过程的水力学原理。在相关理论研究基础上,阐述了建立水力过渡过程数学计算模型的方法,推导了排气注气和单向注水的边界条件方程,建立了相应断流空腔气水两相流和对其排气注气、单向注水时的数学计算模型,最后,本文以赞皇县五马山工业区供水工程和宁东能源化工基地二期供水水源工程为例,进行了重力流输水管道和压力流输水管道的水力过渡过程的数学计算模型的模拟,分析改变重力流输水管道末端阀门总关阀时间,改变压力流输水管道流量和水泵出口处阀门总关阀时间对输水管道的气水两相流流态和水力过渡过程的影响,并且研究分析了对重力流和压力流输水管路采取注气排气和单向注水措施,对输水管道的气水两相流流态和水力过渡过程的影响。为相似输水管道的水力过渡过程优化提供参考。

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第一章 绪论

1.1 课题来源及研究的目的和意义

1.1.1课题的背景资料

1.1.2研究的目的和意义

1.2 国内外水力过渡理论研究现状及分析

1.2.1国外水力过渡理论研究现状

1.2.2国内水力过渡理论研究现状

1.3 论文研究的主要内容

第二章 断流空腔气水两相流态分析

2.1断流空腔气水两相流流态的成因

2.1.1管道气水两相流流态中气体来源及存气条件

2.1.2压力降低与气体释放

2.1.3断流空腔的形成

2.2断流空腔气水两相流流态的分类

2.2.1 断流空腔的分类

2.2.2气水两相流的流态

2.2.3气水两相流六种流态的相互转化

第三章 断流空腔气水两相流态对水力过渡过程影响的数学模拟

3.1水力过渡过程计算数学模型及计算方法

3.1.1水力过渡过程计算综述

3.1.2特征线法计算水力过渡过程

3.2断流弥合水力过渡过程升压计算原理与公式

3.2.1断流弥合水力过渡过程升压计算原理

3.2.2断流弥合水力过渡过程升压计算公式

3.3 对断流空腔气水两相流态排气注气和单向注水影响水力过渡过程的水力学原理

3.3.1注气排气影响水力过渡过程的水力学原理

3.3.2注气状态方程

3.3.3单向注水影响水力过渡过程的水力学原理

3.3.4单向注水水量的计算

3.4影响断流空腔气水两相流态的边界条件及求解方法

3.4.1首端水池边界条件及求解方法

3.4.2 上游为正常运转的离心泵边界条件及求解方法

3.4.3注气排气阀边界条件及求解方法

3.4.4单向注水边界条件及求解方法

3.4.5管路末端水箱处边界条件

第四章 赞皇县五马山工业区供水工程和宁东能源化工基地二期供水水源工程水力过渡数学模型模拟

4.1 赞皇县五马山工业区供水工程水力过渡数学模型模拟

4.1.1赞皇县五马山工业区供水工程概况

4.1.2末端关阀时间为300s、120s时，输水管路的水力过渡过程数学模型模拟

4.1.3末端关阀时间60s、30s时，输水管路注气排气的水力过渡过程数学模型模拟

4.1.4末端关阀时间为30s、15s时，输水管路的水力过渡过程数学模型模拟

4.1.5 末端关阀时间为60s、30s、15s时，输水管路中单向注水的水力过渡过程数学模型模拟

4.1.6赞皇县五马山工业区供水工程不同关阀时间的水力过渡过程数学模型模拟结果分析比较

4.2宁东能源化工基地二期供水水源工程水力过渡数学模型模拟

4.2.1宁东能源化工基地二期供水水源工程概况

4.2.2输水管路中的流量为4.80m3/s时，水力过渡过程数学模型模拟

4.2.3输水管路中的流量为6.09/s和6.20m3/s时，向输水管道注气排气的水力过渡过程数学模型模拟

4.2.4输水管路中的流量为6.09m3/s和6.20m3/s时，水力过渡过程数学模型模拟

4.2.5输水管路中的流量为 6.09m3/s和6.20m3/s时，向管路单向注水的水力过渡过程数学模型模拟

4.2.6宁东能源化工基地二期供水水源工程不同流量及关阀时间的水力过渡过程数学模型模拟结果分析比较

结论和建议

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢