瞬变流

摘要： 输水管道发生关阀、泄漏等工况时,常处于气液两相流状态,极易造成异常压力波动,加剧了水锤的破坏性,影响管道的安全运行。为研究复杂输水管道内异常水压问题,该研究基于特征线法,建立了考虑非恒定摩阻的含气瞬变流模型,并引入离散气体空腔模型(Discrete Gas Cavity Model,DGCM)进行求解计算。对比了有无空气罐对含气瞬变流规律的作用,并研究了含气率、空气罐安装位置等因素对阀门末端压力的影响。结果表明,空气罐能大幅降低压力峰值,使管道快速达到稳定状态,无空气罐防护时压力峰值高达29.69 m,增加空气罐后压力峰值仅为8.38 m;含气率的增高、初始流量的减小、初始泄漏量的增大、空气罐离下游距离越近都可使管内压力峰值降低。研究结果可为输水工程的安全防护相关研究提供参考。

摘要： 基于适合输水系统无压流和有压流联合模拟的特征隐式格式法,考虑进口箱涵段、箱涵渐变段、隧洞段和出口箱涵段的水力特性,推导得到相应的特征边界条件,建立现状隧洞系统的瞬变流分析模型,用于系统的恒定流和非恒定流计算分析,着重分析在典型水位组合下系统的过流能力和典型断面的水力特性.

摘要： 深隧排水系统作为一种灰色海绵技术措施,在解决大城市内涝灾害和水资源短缺、防止外溢污染等方面具有显著的效果.但在前期结构设计及后期调度运行过程中,存在一系列关键水力学技术难题亟待解决,包括不同类型竖井的泄流能力计算、主隧道内的瞬变流与涌浪问题以及系统快速充水过程中的气爆现象.在归纳分析国内外深隧排水系统典型案例的基础上,对相关水科学技术问题进行全面回顾和评述,并结合研究现状做出展望,为城市深隧排水系统结构的科学设计和合理应用提供科学依据和参考.

摘要： 有压输水管道系统中,由于阀门的启闭或水力元件的不当操作等因素常会发生水锤现象,从而可能会影响水力系统的正常运行甚至发生危险事故.因此,针对上述管道水锤现象进行有效的数值模拟预测具有重要意义.在管道水力瞬变过程模拟计算中,Zielke提出的加权动态摩阻模型可以较好地模拟压力波动过程,是一维水锤模拟中计算结果最接近试验值的数学模型.由于加权函数与历史流速及历史加速度相关,模型计算时需保存每一时步的流速值,占用计算机内存大,故计算效率较低.为提高模型计算效率,尝试利用Matlab的LSQNONLIN函数模块对Zielke加权函数进行3个指数函数之和型式的近似拟合,得到新的近似加权函数的各系数值,并通过与Zielke加权函数曲线及已有的改进加权函数曲线对比验证新函数的优越性,以及利用试验数据验证新模型的准确性和高效性.结果表明,模型在一定程度上提高了加权类动态摩阻模型的计算效率.

摘要： 由中水北方勘测设计研究有限责任公司原总工、全国工程勘察设计大师杜雷功等翻译的《管道系统瞬变流》(Fluid Transients in Pipeline Systems)一书已出版发行。本书是英国伦敦城市大学的A.R.David Thorley教授编写的,主要介绍管道系统领域的瞬变流,包括瞬变流是怎么发生的,其可能的后果是什么,关键的破坏工况将会是什么,如何评估其严重程度,应该采取什么可行的步骤来减轻不利的后果,什么样的事件需要用计算机模拟分析,以及要这么做需要什么数据等。

摘要： 潮湿复杂的土壤环境会导致天然气管道发生腐蚀泄漏,研究准确可靠的天然气管道泄漏定位方法对保障管道安全运行具有重要意义。采用主动控制方法建立了瞬变流泄漏定位模型。以现场数据为基础,通过模拟分析评价了泄漏定位模型的预测精度。研究了阀门动作时间、泄漏孔径对泄漏定位精度的影响。结果表明:随着阀门动作时间的增加,压力信号波动幅度降低。相比1 s关闭阀门,20 s关闭阀门产生的压力信号无明显的周期变化,加大了泄漏定位的计算误差。随着阀门关闭时间的增加,定位误差随之变大,阀门动作时间应根据实际管道长度及压力波传播速率进行确定。随着泄漏孔径的增大,泄漏定位误差先降低后升高,模型对中孔泄漏定位较为准确。

摘要： 城市道路综合管廊长距离输水管道系统中,瞬变流数值模拟对系统安全运行十分重要。近些年,高分子材料技术的迅猛发展,使得黏弹性管材如聚氯乙烯(PVC)管、聚乙烯(PE)管等在管廊输水管道系统中的应用愈来愈广泛。与弹性管道力学特性不同,黏弹性管道兼具弹性和黏性力学行为,这使得在数值模拟黏弹性管道水力瞬变过程中,本构参数的辨识尤为重要。因此,本文基于黏弹性管道瞬变流模型(采用Kelvin-Voigt模型结合一维拟稳态摩阻模型),建立城市道路综合管廊黏弹性管道参数辨识模型,利用序列二次规划(SQP)算法进行求解。结果表明,该辨识方法可以在不同温度下快速且准确辨识黏弹性管道本构参数,为城市道路综合管廊长距离输水管道参数辨识提供理论支持。

摘要： 由于长距离、复杂输水工程的地势一般较为复杂,在工程实际中,水泵加压与有压重力相结合的混合输水方式越来越普遍。但这种混合输水方式仅通过单阀调节难以改善全线的水锤控制效果,从而难以保证整个工程的安全运行。因此,研究水泵加压与有压重力混合输水系统中的泵阀联合优化调度问题具有重要的现实意义。以高疃泵站至无压调节池段水泵加压与有压重力混合输水工程为研究对象,建立了高疃泵站至无压调节池段瞬变流计算模型,模拟了切换工况前、后的运行状态,明确了边界条件。并分析现状调控方案,以泵阀联合调控的时间间隔为控制变量,模拟分析了多种切换方案的瞬变过程,采用均匀试验设计方法优化现有泵阀联合调度方式,提出了调控时间短、操作简单、水位波动小且安全性高的泵阀联合调度方案,并为长距离复杂调水工程的泵阀联合优化调度提供了数据支持。

摘要： 引调水工程和城市供水工程管道系统阻塞会引起额外的能量损失和水质问题,因此管道阻塞的精准模拟与检测极为重要。有限体积法Godunov格式可以有效避免特征线法在插值或波速调整时引起的数值耗散或色散问题。首先建立了局部阻塞和管段阻塞数学模型,并提出了Godunov求解格式。通过与已发表论文计算结果和实验数据对比验证所建模型的准确性,并根据波传播理论分析了管道阻塞压力变化原因,给出了相应阻塞参数识别方法。参数敏感性分析结果表明,管道运行流量、损失系数和位置均会影响局部阻塞反射压力,阻塞量和阻塞长度均影响管段阻塞压力波动周期。

摘要： 针对水气两相瞬变现象,充分考虑了水体弹性、气体可压缩性、水-气交界面的动态运动以及多段气团间相互作用,采用三维CFD方法对起伏管道内含多段滞留气团的水气两相作用进行建模和模拟,选择Standard k-ε湍流模型进行模拟研究,将三维计算结果、现有一维模型计算结果与试验结果进行对比分析,并通过水气两相分布图展现动态变化过程.结果表明:与一维模型相比,三维CFD模型能够更为准确地模拟起伏管道内瞬变压力波动,并且能够清楚描述水气掺混、耦合的动态变化.水流冲击初始两段滞留气团压力波动曲线显示,多气团间的瞬变压力并非同步变化,可能呈现多气团峰值压力交替出现的情况,这与初始气团长度密切相关.水气交界面自由变化,阻断水体长度时刻发生变化,当水体运动到管道弯曲处时会产生新的阻断水体,将气团分成若干部分.

摘要： 在恒定流计算中根据不同管材采用相应的糙率,结合各管段之间的平面转角、纵向转角、变径管、伸缩节等局部水头损失,分别求出此段的综合水力摩阻参数λ;在瞬变流计算中运用有压管道水击方程、水泵机组惯性方程、水泵特性曲线和冷却水凝汽器相容方程,用特征线法对某核电站直流循环水系统典型工况的瞬变流进行数值分析计算.主要计算了断电停泵工况下防水锤措施及前池水位波动情况,启泵安全间隔时间等,为核电站安全稳定运行提供了技术依据.

摘要： 在铁路重载货车铸钢件生产过程中,发现一类新的由非产晶结构和常规工艺条件下产生的特殊热裂纹.本文结合凝固理论和流体力学,分析了充型过程中钢液瞬变流的形成及其对凝固过程和铸件质量的影响,阐述了上述特殊热裂纹的形成机理和控制方法,建立了钢液充型过程中产生的瞬变流将导致铸件形成一类新的特殊热裂纹的机理模式.经过长期的大量生产验证,结果表明,新的机理模式与生产实际十分吻合,并作为一般规律具有普遍性.生产中应用该机理模式成功地解决了形成上述特殊热裂纹的技术难题,从而消除了重载铁路货车重要铸钢件由此带来的潜在质量风险.

摘要： 局部阻塞是有压管道系统中的常见故障之一.本文采用传递矩阵法分析了局部阻塞对管道瞬变流频响特性的影响及频响图的变化形态与阻塞点位置和阻塞局部阻力系数之间的关系,将其应用于管道局部阻塞的检测,并进行了数值试验验证,结果表明:①与正常管道相比,局部阻塞点的存在使管道瞬变流频响图中各次谐波的幅值均不再保持定值,而是随着谐波次数的不同呈周期性变化;②奇次谐波的幅值随谐波次数周期性变化的主频率及相位与阻塞点的位置相关,而该主频率对应的幅值与局部阻塞的局部水力损失系数相关,据此可进行管道局部阻塞位置和阻塞程度的检测;③数值试验结果表明,基于对管道瞬变流频响特性的分析进行管道局部阻塞的检测是可行的.

摘要： 在铁路重载货车铸钢件生产过程中,发现一类新的由非产品结构和常规工艺条件下产生的特殊热裂纹.本文结合凝固理论和流体力学,分析了充型过程中钢液瞬变流的形成及其对凝固过程和铸件质量的影响,阐述了上述特殊热裂纹的形成机理和控制方法,建立了钢液充型过程中产生的瞬变流将导致铸件形成一类新的特殊热裂纹的机理模式.经过长期的大量生产验证,结果表明,新的机理模式与生产实际十分吻合,并作为一般规律具有普遍性.生产中应用该机理模式成功地解决了形成上述特殊热裂纹的技术难题,从而消除了重载铁路货车重要铸钢件由此带来的潜在质量风险.

摘要： 本文应用特征线法,采用线性化常数处理摩阻项,编写了典型边界条件的管网瞬变流模拟程序,并完成了管网算例的瞬变流过程分析.

摘要： 本文介绍了氢氧火箭发动机起动过程中的低温汽液两相流现象及其对起动特性的影响,分析了流动与传热过程特点,给出了对低温汽液两相流现象进行数值模拟的流体状态和物性模型、等速不等温(EVUT)模型和均相拟平衡态模型及数值模拟结果。

摘要： 本文介绍了氢氧火箭发动机起动过程中的低温汽液两相流现象及其对起动特性的影响,分析了流动与传热过程特点,给出了对低温汽液两相流现象进行数值模拟的流体状态和物性模型、等速不等温(EVUT)模型和均相拟平衡态模型及数值模拟结果。

摘要： 本文介绍了氢氧火箭发动机起动过程中的低温汽液两相流现象及其对起动特性的影响,分析了流动与传热过程特点,给出了对低温汽液两相流现象进行数值模拟的流体状态和物性模型、等速不等温(EVUT)模型和均相拟平衡态模型及数值模拟结果。

摘要： 本文介绍了氢氧火箭发动机起动过程中的低温汽液两相流现象及其对起动特性的影响,分析了流动与传热过程特点,给出了对低温汽液两相流现象进行数值模拟的流体状态和物性模型、等速不等温(EVUT)模型和均相拟平衡态模型及数值模拟结果。

摘要： 本文介绍了氢氧火箭发动机起动过程中的低温汽液两相流现象及其对起动特性的影响,分析了流动与传热过程特点,给出了对低温汽液两相流现象进行数值模拟的流体状态和物性模型、等速不等温(EVUT)模型和均相拟平衡态模型及数值模拟结果。

摘要： 本发明公开了瞬变外力场作用下棒束通道CHF的流道选取方法及系统，该方法包含以下步骤：获取棒束通道规模；棒束通道规模，根据原型大规模燃料组件的参数从原型大规模燃料组件中选取部分燃料棒获取；获取最佳棒束通道规模，最佳棒束通道规模为：棒束通道规模的流动传热特性与原型大规模燃料组件的流动传热特性相同且燃料棒数目最小的棒束通道规模；获取最佳棒束通道规模的最佳参数，最佳参数为：使得最佳棒束通道规模中各个子通道的平均温度和平均流速比较接近的参数值。本发明的目的在于提供一种瞬变外力场作用下棒束通道CHF的流道选取方法及系统，按照该方法或该系统确定棒束本体的流道，可有效识别瞬变外力场对其CHF特性的影响。

摘要： 本发明涉及一种用于管道瞬变流的叶片消能式稳定液位可调式水箱，包括循环水箱、溢流水箱以及集水管，所述循环水箱的顶部与所述溢流水箱的底部连接；所述溢流水箱包括外箱体和设置于所述外箱体内的内箱体，所述外箱体的下端与所述内箱体的下端之间通过一底面封闭，所述内箱体的下端与所述循环水箱的上端对接，所述内箱体的上端低于所述外箱体的上端；所述集水管设置于所述溢流水箱底部的下方，且所述集水管绕所述循环水箱周向设置并形成回路，所述集水管通过若干个连接管与外箱体和内箱体之间的底面连通；所述集水管上连接有溢流管。本发明能够高液位溢流且液面稳定、扰动小。

摘要： 本发明涉及一种实现爆管定位方法，为实现复杂管网的精确定位，应用高频SCADA系统监测管网内的压力异常信号，对其滤波处理后分析压力的整体变化(系统异常)及瞬时变化(瞬变流异常)，对爆管事件进行识别；根据动量定理及打开球阀的实际操作数值模拟爆管激发的瞬变流，在此基础上，根据瞬变流传播特征，数值模拟监测点瞬变流；通过数值模拟在各管段爆管的监测点信号，判定爆管管段；通过数值模拟在判定管段爆管的监测点信号，实现爆管定位；通过与爆管实际位置及负压波方法定位位置对比，证实本发明定位精度较高，说明本发明能有效解决复杂管网的精确定位问题。

摘要： 发明涉及一种实现爆管直径反演的方法，为实现管网中的爆管定位，应用高频SCADA系统监测管网内的压力异常信号，在爆管定位的基础上，根据瞬变流的传播特征，将总的监测信号分解为来自每条传播路径的分支监测信号；将瞬变流的传播路径及特征逆向，即原传播过程中的局部损失和摩阻损失取其倒数，变为增益，反演来自每条路径的激励信号，将其叠加后形成总的反演激励信号；根据爆管激励信号与爆管直径的关系，激励信号取最大振幅，爆管直径取最大值，计算爆管直径。通过与爆管实际直径及瞬变流衰减法计算爆管直径对比，证实本发明定位精度较高，说明本发明能有效解决爆管直径反演的问题。

摘要： 本发明公开了一种考虑动态摩阻的水气耦合瞬变流的模拟方法，包括如下步骤：提出关键性假设；将管道系统内瞬变流划分为水体、水‑气交界面、滞留气团三大部分，并分别建立相应的控制方程；分别添加三种动态摩阻模型至控制方程形成的数学模型中，分别为原始的基于卷积的动态摩阻模型、优化的基于卷积的动态摩阻模型和基于瞬时加速度的动态摩阻模型；设置初始条件和边界条件；求解控制方程进行数值模拟。本发明在已有的一维模拟方法的基础上，首次考虑了动态摩阻对模拟结果的影响，并分析了不同动态摩阻模型在数值模拟中表现出的差异，从而为更准确的模拟水气耦合瞬变流现象提供了理论依据。

摘要： 本发明公开了一种考虑气体释放的两相均质瞬变流高德诺夫模拟方法，包括：基于单一等效流体假设，通过脱气系数Gs动态地耦合气体空隙率与流动参数之间的两相瞬态流关联，计算管道主体的质量和动量通量；引入马松‑汉高科方法的全变差衰减约束来重构二阶精度高德诺夫模型，并且在模型中引入边侧双虚拟网格；根据管道主体的质量和动量通量，通过高德诺夫模型得到模拟结果。本发明有利于均质气液两相瞬态事件的物理机制探究和精确模拟，并实现或改进管道输水系统的安全操作方案。

摘要： 本发明公开了一种基于Schohl卷积近似的管道瞬变流模拟方法，包括：构建含Zielke非恒定摩阻项和粘弹性项的管道系统控制方程；将控制方程以黎曼问题的求解格式表示为矩阵形式，将非恒定摩阻项和粘弹性项放入源项；建立有限体积法求解体系下的计算网格，通过二阶Godunov格式计算网格边界通量；对源项中的Zielke非恒定摩阻项和粘弹性项进行Schohl卷积近似，将源项合并到矩阵方程中，并进行稳定性约束；结合实际工程给出计算初始条件，得出计算结果。本发明结合有限体积法Godunov格式，对控制方程中的非恒定摩阻项和粘弹性项进行Schohl卷积近似，可解决现有一维瞬变流模拟方法依赖库朗特数，涉及到非恒定摩阻和粘弹性项计算时间长、求解复杂等问题。

摘要： 本发明公开了一种基于瞬变流的阀门状态探测系统，包括管路；上游供水设备，包括变频泵、气压罐、稳压水箱、控制柜，变频水泵及控制柜调节水泵频率；上下游阀门，调节管道中的流量大小；中间阀门，用于改变阀门的工作状态；末端电动阀门，用来在管道末端产生水锤波；电磁流量计，实时测量管道流量；压力传感器，安装在管道上。还公开一种基于瞬变流的阀门状态探测方法，其通过分析得到阀门的特性曲线图，管道中的水锤波波速大小，通过得到二次升压值(即反射波的大小)以及瞬态波通过末端压力监测点测量截面的时间，通过公式计算得到阀门的位置以及开度大小，实验操作更简单，数据精度高，数据处理更方便。

摘要： 本发明公开了一种供水管网瞬变流事件检测方法。本发明首先计算管网监测点日常压力信号频谱，确定时间尺度等级；其次计算管网监测点日常压力不同时间尺度下的极差值；然后计算不同时间尺度下的极差阈值，最后对实测压力信号进行瞬变流事件检测。本发明方法采用多尺度极差检测方法，较传统供水管网瞬变流事件检测方法，不仅具有频率覆盖广、响应及时等优点，而且充分利用极差指标衡量信号波动性，避开了常规的标准差指标，计算量小，减少了计算功耗，是一种基于统计的轻量级特征识别算法，特别适合于前端智能节点应用，进而为供水管网低功耗实时健康监测提供了便利。

摘要： 本发明提供了一种多通道水锤侦测仪，包括设置在防水壳体内的MCU模块，MCU模块通过电路板连接的通讯模块、GPS模块和数据存储模块；还提供了一种瞬变流监测方法能够试下定时记录模式和峰值模式之间通过条件触发转换。本发明以可设置的平均采样率和基于标准差的阈值算法，在主通道传感器信号快速改变时，能够自动转换数据记录模式，各通道传感器能够同步高频率记录峰值变化数据，本地存储、查看和分包传输至远程终端数据库，方便终端平台系统或PC机进行快速数据和图形分析，可对危险水锤提前预警。对于重新界定控制设备的约束条件，改善运行工艺，合理设置和再配置防护设备系统，以及管道爆管和漏损的压力瞬态监测控制具有重大意义。