自压管道输水系统水锤防护与数值模拟研究.pdf

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1、分类号：密级：公开学号：2015210549单位代码：10759石河子大学硕士学位论文自压管道输水系统水锤防护与数值模拟研究学位申请人马习贺指导教师王振华教授何强副教授申请学位类别专业硕士专业名称工程硕士研究领域水利工程所在学院水利建筑工程学院中国·新疆·石河子2018年6月Studyonwaterhammerprotectionandnumericalsimulationofself-pressurepipelinesystemADissertationSubmittedtoShiheziUniversityInPartialFulfillmentoftheRequirementsf

2、ortheDegreeofMasterofEngineeringByMaXi-he(HydraulicEngineering)DissertationSupervisor:Prof.WangZhen-huaA/Prof.HeQiangJune,2018石河子大学学位论文独创性声明及使用授权声明学位论文独创性声明本人所呈交的学位论文是在我导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明并表示谢意。研究生签名：时间：年月日使用授权声明本人完全了解石

3、河子大学有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保留学位论文并向国家主管部门或指定机构送交论文的电子版和纸质版。有权将学位论文用于赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阅。有权将学位论文的内容编入有关数据进行检索。有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在解密后适用本规定。研究生签名：时间：年月日导师签名：时间：年月日摘要目的：自压输水管道系统具有节水省肥、省电高效、环保实用等诸多优点，但是自压输水管道通常落差大、距离长、支线多，当输水管道末端阀门突然关闭时会产生破坏性较大的水锤压力，当压力超过管道的耐压阈值时，则容易发生爆管事故。因此分析自压输水管道中水锤特性并采取合

4、理防护措施，可保证管道输水的安全可靠性，同时降低管道的工程造价。方法：本文结合新疆生产建设兵团十三师哈密灌区红星一场自压管道输水工程，建立输水管道水锤压力数学计算模型，研究末端关阀引起的管道压力变化，并分析管道水锤压力变化规律，确定管道最大压力及发生位置。通过采用三种不同水锤防护措施联合的方案在自压输水管道上的应用以及采用改进多目标遗传算法进行优化分析。结果：（1）根据自压输水管道的输水特点进行了分析研究，对输水管道内气液两相流流态的产生、分类以及其转化过程进行了阐述，并根据输水管道中流态的特点总结了管道中的气体来源、形成部位以及危害，并深入研究了不同条件下输水管道排气技术。（2）确定

5、了自压管道输水系统的主要水锤类型，自压输水管道最严重的水锤危害是断流弥合水锤，并且根据断流弥合水锤空腔介质的不同，对断流弥合水锤进行了分类，简要阐述了水锤的基本方程式，水锤波传播规律，并提出了考虑管道非恒定摩阻流固耦合作用下的4-方程摩擦模型计算水锤，同时利用自压输水管道系统模型进行了验证。（3）对自压管道输水系统的水锤防护措施分别进行了分析，并总结了输水管道中常用的缓冲排气阀、箱式双向调压塔、超压泄压阀等防护措施的边界条件和计算机求解公式。本文提出了两阶段关闭蝶阀、减压恒压阀、缓冲排气阀以及箱式双向调压塔的联合水锤防护方法，并对不同的水锤防护组合在新疆生产建设兵团十三师红星一场自压管

6、道输水工程上的防护效果进行了实测分析。（4）根据以针对水锤计算方程的推导编制了便于使用的水锤计算程序，并对进行了实际计算。并利用MATLAB软件通过改进多目标遗传算法对不同水锤防护措施进行了优化比较分析，为水锤防护措施的选用以及最优的应用布置提供理论基础。结论：本文通过试验以及模拟验证认为4-方程摩擦模型可以较好地进行输水管道系统的水锤计算，并且WSA插值可以提高模型的模拟精度，并通过优化计算确定了新疆生产建设兵团十三师自压输水管道应采用以减压恒压阀、缓冲排气阀为组合的方式作为该输水管道的最优水锤防护措施。关键词：水锤；流固耦合；管道输水；特征线法IAbstractObject:Sin

7、cethepressurewaterpipesystemwithwater-savingprovincefertilizer,powersaving,efficiency,environmentalprotection,practical,andmanyotheradvantages,butsincethewaterpipeisusuallydividebigpressure,longdistance,feeder,whenthewaterpi