第1章 绪论 1
1.1 水资源短缺与调水工程 1
1.2 调水工程的建设现状与发展趋势 2
1.3 瞬变流模拟与控制在调水工程中的作用 4
1.4 调水工程瞬变流研究现状及发展趋势 4
第2章 瞬变流模拟的基本原理 7
2.1 瞬变流的基本概念及危害 7
2.2 瞬变流的研究方法 8
2.3 瞬变流的基本方程 9
2.3.1 流体运动的基本方程 9
2.3.2 瞬变流基本方程 10
2.4 瞬变流的特征线计算方法 14
2.4.1 水锤特征线求解方法 15
2.4.2 特征线方程组的差分变换 16
2.4.3 离散网格划分 17
2.4.4 瞬变流的基本计算流程 19
2.4.5 特征线方法验证 20
2.5 水锤特征线方程的矩阵形式 21
2.5.1 水锤模型的矩阵形式 21
2.5.2 流速为变量的水锤计算模型 23
第3章 调水工程中的边界模型 24
3.1 瞬变流的基本边界类型 24
3.2 状态边界条件的确定 24
3.2.1 上下游水位已知的边界 25
3.2.2 管道下游端为阀门的情况 26
3.3 固定边界求解模型 26
3.3.1 上游恒定取水口边界模型 26
3.3.2 下游恒定水位边界模型 27
3.3.3 调压井边界模型 27
3.3.4 溢流井边界模型 29
3.3.5 分叉管边界模型 31
3.3.6 分水井的边界模型 33
3.4 动态边界模型 36
第4章 自流输水形式的瞬变特性 41
4.1 自流输水的条件及特征 41
4.2 自流输水模式的基本调节方法 41
4.3 自流输水模式的瞬变流特性模拟分析 44
4.3.1 基本概况 44
4.3.2 水锤波速分析 46
4.3.3 模型网格划分 46
4.3.4 关闭控制阀的水力特性研究 48
4.3.5 开启控制阀的瞬变水力特性研究 52
第5章 自流输水形式的瞬变控制方法 57
5.1 通气孔的基本形式及边界模型 57
5.2 通气孔在自流输水工程的水锤防护 60
5.2.1 关闭阀门的水力特性模拟 61
5.2.2 开启阀门的瞬变流特性模拟 63
5.3 溢流调压井在自流输水工程的水锤防护 64
5.3.1 阀前溢流井的基本形式及边界模型 64
5.3.2 发生溢流时的简化边界模型 67
5.3.3 溢流调压井的交替模型 68
5.4 溢流调压井防护特性分析 69
5.4.1 溢流井对关闭阀门的瞬变流影响 69
5.4.2 开启阀门的水力特性模拟 70
5.5 延时调节在自流输水工程中的水锤防护 72
5.5.1 延时调节在关闭阀门中的水力特性研究 73
5.5.2 延时调节在开启阀门中的水力特性研究 74
第6章 加压输水管路的瞬变流模拟 76
6.1 加压输水的基本类型 76
6.2 水泵的运行区域划分和数值全特性曲线 77
6.3 全特性曲线的拟合方法 78
6.4 全特性曲线3区修正 86
6.5 加压水泵边界条件模型 89
6.5.1 加压输水初始状态边界分析 89
6.5.2 水泵停机或失电边界条件模型 90
6.5.3 水泵开机边界模型 92
第7章 高扬程供水管路的水锤特性研究 94
7.1 高扬程供水管路的启动水锤模拟分析 94
7.1.1 单台水泵启动的水锤特性模拟分析 96
7.1.2 两台水泵同时启动的水锤特性模拟分析 97
7.1.3 两台水泵错时启动的水锤特性模拟分析 97
7.1.4 高扬程供水管路的启动水锤特性与优化分析 100
7.2 高扬程供水管路的正常停机水锤模拟分析 102
7.2.1 单台水泵正常停机的水锤特性模拟分析 103
7.2.2 两台水泵同时停机的水锤特性模拟分析 103
7.2.3 多台水泵运行单台水泵停机的水锤特性模拟分析 106
7.2.4 高扬程供水管路的正常停机水锤特性与优化分析 106
7.3 高扬程供水管路的失电水锤模拟分析 109
7.3.1 水泵事故失电时的水锤特性模拟 109
7.3.2 高扬程供水管路的失电水锤防护措施分析 111
第8章 高摩阻供水管路的水锤特性研究 116
8.1 高摩阻加压管路的启动水锤特性模拟 116
8.1.1 单台水泵启动的水锤特性模拟分析 117
8.1.2 两台水泵同时启动时的水锤特性模拟分析 119
8.1.3 两台水泵错时启动的水锤特性模拟分析 119
8.1.4 高摩阻供水管路的启动水锤特性模拟分析 121
8.2 高摩阻供水管路水泵正常停机水锤特性模拟分析 122
8.2.1 单台水泵正常停机的水锤特性模拟分析 122
8.2.2 两台水泵同时停机的水锤特性模拟分析 122
8.2.3 多台水泵运行单台水泵停机的水锤特性模拟分析 125
8.2.4 高摩阻供水管路的正常停机水锤特性与优化分析 126
8.3 高摩阻供水管路的失电水锤模拟分析 128
8.3.1 水泵失电停机的水锤特性模拟 128
8.3.2 高摩阻供水管路的失电水锤特性与优化分析 130
第9章 贮压空气罐在海底管道中的水锤防护特性 133
9.1 海底输水管路的基本特性 133
9.2 集成贮压空气罐水锤防护的基本原理 133
9.3 贮压式空气罐数值模型 135
9.3.1 水泵上游固定空气罐数值模型 135
9.3.2 水泵下游可控空气罐数值模型 136
9.4 空气罐水锤防护的基本响应特性 137
第10章 多级加压泵站跨海输水瞬变流模拟应用 140
10.1 输水线路概化模型 140
10.2 输水线路特性参数 141
10.3 控制性建筑物及其特征参数 146
10.3.1 PE管水锤波速与缓冲罐气体质量 146
10.3.2 缓冲罐气体质量 147
10.3.3 水泵全特性曲线 147
10.3.4 加压泵站的概化模型 147
10.3.5 特征线法网格划分 147
10.4 一级加压泵站水泵开机瞬变过程模拟与分析 148
10.4.1 一级加压泵站水泵开机过程水锤计算 148
10.4.2 一级加压泵站水泵开机优化前后比较分析 150
10.5 一级加压泵站水泵停机瞬变过程模拟与分析 151
10.5.1 一级加压泵站水泵事故停机工况计算结果 151
10.5.2 一级加压泵站水泵事故停机结果分析 151
10.6 二级加压泵站水泵开机瞬变过程模拟与分析 153
10.6.1 二级加压泵站水泵开机过程水锤计算 153
10.6.2 二级水泵开机优化前后比较 155
10.7 二级加压泵站水泵停机瞬变过程模拟与分析 155
10.7.1 二级加压泵站水泵事故停机工况计算结果 155
10.7.2 二级加压泵站水泵事故停机结果分析 157
10.8 结果分析 157
第11章 有压与无压结合的输水线路瞬变模拟与分析 158
11.1 有压与无压输水系统的瞬变特性 158
11.2 管渠复合的非恒定流模型 158
11.2.1 明渠非恒定流计算的基本方程 159
11.2.2 明渠非恒定流计算的插值特征线法 159
11.2.3 有压管道特征线方程 161
11.3 管渠结合线路的瞬变流模拟应用 162
11.3.1 模型概化 162
11.3.2 明渠同步启动时消力池壅水过程模拟 162
11.3.3 明渠正常运行时消力池壅水过程模拟 166
11.4 减缓消力池壅水措施和模拟结果分析 168
第12章 泵站出口调压池的水锤模拟与安全防护 169
12.1 工程整体布置 169
12.2 水锤计算基本参数 170
12.3 水锤模拟与比较分析 171
12.3.1 原方案水锤分析 171
12.3.2 调压井方案水锤计算 174
12.3.3 调节池方案水锤计算 176
12.4 优化分析 179
参考文献 180