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长距离有压重力输水管道过渡过程及管网优化研究

孙晓  
【摘要】:随着国民经济的快速发展,为了创造更加和谐且能够持续发展的社会环境,同时满足工农业和人民生活用水,用电等需要,需要修建一些长距离、大流量的输水工程。对于长距离的输水工程,管道系统的水力过渡过程分析及防护措施研究是工程迫切需要解决的重要技术问题;同时输配水管网的投资占整个输水系统的比例很大,对管网系统进行优化设计,寻求到既能满足水压、水质要求又能使整个系统的造价最低系统的设计方案,对节约投资、降低能耗,提高经济效益和社会效益有重要的现实意义。本文主要是从长距离有压重力输水过渡过程及管网优化设计方面展开,具体从以下几个方面进行探讨: (1)对水力过渡过程计算中用的水击基本方程进行了讨论,从一元非恒定流的基本方程和基本假定出发,在推导过程中未引入水击波速的概念,重新推导了严格意义的水击计算的连续性方程和运动方程。 (2)介绍了水力过渡过程计算的特征线方法及各种边界条件的求解模型,并对特征线方程进行了讨论。随后又对水力过渡过程中的相似性进行研究,得出了:在不考虑摩阻的情况下,若初始条件相同,那么同比例增加管道长度和调节时间与原状态具有相同的过渡过程特征,包括流速、压力上升值。 (3)结合南水北调辛庄口门-周口段有压重力输水工程实例,利用水击计算中常用的特征线法,结合各种边界条件建立了水击计算的数学模型,并用MATLAB语言编程进行了过渡过程的计算和分析,最后提出了设置中间水池的可行的防护方案。 (4)最后提出了一种对有压重力输水系统管径进行最优化设计的方法,即建立以管道表面积最小为目标函数,以满足供水要求为约束条件,以管道直径为变量的非线性规划数学模型,结合南水北调中线工程口门-周口段工程实例对所建立的模型进行计算及对比分析。


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