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长距离供水管道水锤分析优化与应用研究

张志军  
【摘要】:长距离供水管道工程,由于管线长,沿线地形复杂,流量大,工程水力元件多,对供水保证率要求高,因此很多规划设计与管理人员对如何使长距离供水管道安全可靠的运行非常的关注。其中,对于长距离供水管道的水锤预防是众多科研工作者的关注点,虽然国内外众多的科研工作者对管道水锤问题进行了大量的研究工作,但是运行事故仍时有发生。广大的设计、管理人员,对新设计的长距离供水管道系统或者已经存在的城镇供水管道系统,对于“是否会发生水锤现象,发生水锤现象后,采用某种防护措施的可靠性到底有多大”,“怎么样优化防护设备的设计参数,使其经济上可行,运行管理上方便”,更感兴趣。要解决上述问题,显然必须对供水管道系统的水锤现象和水锤防护设备进行研究。然而在所有研究中,都离不开供水管道系统的水力模拟计算。随着计算机技术和数值计算理论的飞速发展,广大科技人员对于水锤分析计算的精度要求越来越高,希望能够更加准确的描述水锤现象,从而更好的进行水锤预防研究。针对上述问题,本文对城镇供水管道系统中的水锤现象,从计算理论、可靠性理论、防护方法中设备参数优化分析和风险预测等以下几方面进行研究:1、通过对水锤计算方法的研究,发现传统的计算方法存在一定误差,误差来源主要存在于两个方面,一是水锤计算模型有所简化和不足,二是摩阻系数常采用恒定摩阻系数。本文提出优化的水锤计算方法,通过采用优化的水锤计算方法,经试验验证,与传统水锤计算方法相比,计算的最大值和最小值精度可分别提高76%和74%。2、通过对长距离供水管道系统水锤防护方法的可靠性分析,提出了水锤防护方法的可靠性和可靠度定义,并建立了水锤防护方法的可靠性分析模型。通过对水锤防护方法的可靠性的分析,很好的评价了水锤防护措施完成预定功能的能力。3、通过对水锤防护方法中有关设备的研究,建立了典型水锤防护设备的数学模型,并基于可靠度的概念提出了典型的水锤防护方法中设备参数优化模型,并引进混沌优化技术,对优化模型进行求解。结果表明,通过对水锤防护设备的参数进行优化,在满足可靠性的原则下,可以降低工程造价,提高防护设备的可操作性。4、通过对长距离供水管道水锤危害风险预测进行研究,提出了利用可拓工程方法对供水管道中的不同节点进行水锤危害程度的风险预测,并建立了风险预测模型。该模型很好的预测了供水管道系统中某节点发生水锤危害时的风险程度。通过上述内容的研究,并将研究成果应用于天津市某一长距离供水管道工程中,取得了较为理想的结果。


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