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长距离输水管路停泵水锤的数值计算及动态模拟

作　者: 朱旭阳
导　师: 樊建军
学　校: 广州大学
专　业: 市政工程
关键词: 停泵水锤特征线法 MATLAB 可视化研究动态模拟
分类号: TU991.39
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 33次
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内容摘要

我国水资源时空分布不均，以及近些年来气候变化和人类活动的巨大影响，使得我国部分地区人均水资源量偏少。而当下，城市化建设迅猛发展，生活用水、工业用水等需求量也在与日俱增，这使得跨流域的长距离大型输水工程也越来越被需要。水锤是影响供水系统安全的一个重要因素，长期以来备受关注，水锤分析技术也在日趋完善。长距离有压输水工程以往在进行设计时主要是依据有关设计规范以及设计者的工程经验，这种常规方法或因过度的规划设计造成浪费，或因设计不足出现工程事故，破坏设备及管路。现在则可以利用计算机来对管路系统中的水流状态进行模拟，这种新技术和手段可以模拟出工程中可能会出现的情况，在设计阶段就可以考虑水锤的分析防护，确定合适的优化设计方案。本文详细的介绍了水锤的基本理论、计算方法和水泵的边界条件方程，参考了国内外水锤的最新理论研究和技术创新及其相关经验，以现在广泛应用的颇为成熟的特征线法为基础，采用的是MATLAB软件来模拟实际工程中的停泵水锤工作情况，并根据MATLAB的可视化研究，利用C#语言编写了停泵水锤的计算软件。在长距离输水工程中利用计算机对不同工况下的输水系统的水力瞬变过程进行模拟，可以在短时间内得出大量较为准确的数据，进行全面的理论分析和预测，以此为基础来分析非正常水锤压力出现的各种情况。针对所得的计算数据和图形来判断该输水系统的设计是否合理，是否出现以及会出现什么样的水锤现象，在这样的基础上来选择并得到最为合理的综合防护措施，保证整个输水系统能够安全可靠的运行。这种动态模拟分析比常规的计算分析方法更为直观方便，清晰明了，对于输水管路系统的优化设计与安全运行有着重要的价值与意义，藉以满足供水需求。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-10
Contents  10-12
第一章绪论  12-22
  1.1 水锤现象  12-14
  1.2 本课题的选题背景及研究意义  14-16
    1.2.1 选题背景  14-15
    1.2.2 研究意义  15-16
  1.3 国内外研究的现状和发展趋势  16-19
    1.3.1 国外研究综述  16-17
    1.3.2 国内研究综述  17-18
    1.3.3 发展趋势  18-19
  1.4 本文研究的主要内容  19-22
第二章水锤的基本理论及其计算方法  22-44
  2.1 水锤基本理论  22-30
    2.1.1 刚性水锤理论  22-25
    2.1.2 弹性水锤理论  25-30
  2.2 水锤的基本微分方程  30-35
    2.2.1 运动方程  31-33
    2.2.2 连续方程  33-35
  2.3 水锤的数值解原理  35-40
    2.3.1 特征线微分方程式  35-37
    2.3.2 有限差分方程式  37
    2.3.3 简化的有限差分方程式  37-40
  2.4 基本边界条件方程式  40-41
    2.4.1 上游为水池  40-41
    2.4.2 上游为已知流量  41
    2.4.3 上游为正常运转中的离心泵  41
  2.5 停泵水锤的特点及常用水锤防护措施  41-44
    2.5.1 停泵水锤  41-42
    2.5.2 常用水锤防护措施  42-44
第三章停泵水锤计算的电算法  44-58
  3.1 水泵全性能曲线  44-55
    3.1.1 水泵全性能曲线简介  44-45
    3.1.2 泵全面性能曲线的改造  45-50
    3.1.3 泵处的边界方程  50-53
    3.1.4 停泵水锤泵处的暂态参数的计算  53-55
  3.2 常用辅助边界条件  55-58
第四章停泵水锤电算程序设计和计算软件开发  58-76
  4.1 停泵水锤计算软件开发工具选择  58-62
    4.1.1 开发语言的选择  58-59
    4.1.2 数据库的选择  59
    4.1.3 MATLAB 软件简介  59-60
    4.1.4 MATLAB 与 Excel 的连接  60-62
  4.2 软件系统框架分析  62-64
    4.2.1 软件系统组成  62-63
    4.2.2 软件系统组成  63-64
  4.3 停泵水锤计算程序编制  64-67
  4.4 停泵水锤计算软件的可视化  67-76
第五章实际输水工程停泵水锤数值模拟  76-96
  5.1 实际工程简介  76
  5.2 输水管线的计算参数资料  76-78
    5.2.1 水泵机组数据  77
    5.2.2 管路基本参数  77-78
  5.3 停泵水锤的计算分析过程  78-95
    5.3.1 无阀管路停泵水锤  78-83
    5.3.2 泵处增设普通止回阀时的停泵水锤  83-87
    5.3.3 液压缓闭蝶阀管路停泵水锤  87-92
    5.3.4 有进气装置的管路停泵水锤  92-95
  5.4 结果分析  95-96
第六章结论与展望  96-98
  6.1 结论  96-97
  6.2 展望  97-98
参考文献  98-100
攻读硕士学位期间发表的论文  100-101
致谢  101

长距离输水管路停泵水锤的数值计算及动态模拟

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