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长距离输水系统明满流及水力控制研究

李强  
【摘要】: 长距离调水系统,特别是渠网耦合管网的输水方式,水力操作引起的水力过渡过程非常复杂,检修、事故和流量调节等工况中均可能出现明满过渡流,包括检修关闸过程中出现的脱空现象、检修完后对管道进行的充水及放水操作、事故停电后无压箱涵封顶等。在明满流交替流态下,箱涵内的水压变化激烈,可能形成冲击水压,导致箱涵的破坏。 多孔并联分段低压输水方式已成功应用于昆明掌鸠河调水工程,而且这种输水方式也正被南水北调天津干线所采用。除了有其多方面的优点外,也注意到这种方式使水力控制引起的非恒定流现象复杂化,尤其在工程运行较为关注的不对称输水,即并联系统中的一线或多线停止输水、恢复输水,不仅在下游会引起激烈的水体振荡,而且将影响其余并联孔的正常运行。本文采用特征线法编制不对称输水水力控制数学模型,对南水北调天津干线进行变孔数运行控制分析,讨论连续开、关闸的操作方式,并在开、关闸时间间隔上进行优化。 在有压管道中,由于检修等情况经常需要进行充水操作。但到目前为止也只是根据以往经验采取相应的充水流量,充水过程中出现的水力过渡现象还未被人们所认识。为此,本文提出了有压管道充水过程的数值仿真模型,采用Preissmann隐式差分法模拟管道从无水变为无压流,再过渡到有压流的水流运动过程,其中包括明满过渡流。最后,将该模型应用于南水北调天津干线有压输水系统充水仿真计算,并探讨了充水过程中出现的不利现象,提出经济安全的运行方式。结果表明,数学模型取得了较好的计算精度。


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