水力瞬变

摘要： 先导式泄压阀是一种先进的防水击危害的智能水力装置,具有根据管道水压的变化自动做出开启或者关闭的功能。本文建立泄压阀水力瞬变流量、水压与泄压阀开度的函数关系,提出泄压阀主阀开度响应水压变化的递进模型,并设计出计算机数值仿真先导式泄压阀响应水压变化的动作过程的方法和程序。最后,以实际工程为例,研究了管道承受负压的能力,以及先导式泄压阀口径和线性启闭时间对水力瞬变的影响。结果表明:泄压阀在水击过程中并不总是能完全开启,只是部分开启,甚至仅开启很小的开度,从而影响对后续突然升高冲击水压的消减效果,这在今后水击危害防护分析中应引起重视。

摘要： 针对抽水蓄能电站管道内水力瞬变问题,采用二阶有限体积法(Finite Volume Method,FVM)Godunov格式进行数值建模和模拟。首先根据有限体积法将数学模型的控制方程进行离散,采用Riemann求解器进行通量计算。为了得到二阶精度的Godunov格式,避免数据重构时产生虚假振荡,引入并分析比较了3种不同的斜率限制器。机组全特性曲线采用改进的Suter变换,在边界处加入虚拟边界,并与机组边界控制方程相结合,实现了管道内部控制体与边界处计算的统一性。将本研究所建数学模型计算结果与传统特征线法(Method of Characteristics,MOC)计算结果、实测值进行对比,并分析了相关参数的敏感性。结果表明:在库朗数等于1时,二阶FVM与MOC计算结果相同,当库朗数小于1时,FVM计算结果比MOC更准确、更稳定;针对抽蓄机组甩负荷过程,二阶FVM的机组转速计算值与实测值基本吻合,且比MOC计算结果更接近实测值;在抽水蓄能电站水力瞬变计算中,MOC需要对不同特性的管道内水锤波速进行调整,不仅增加计算复杂性,也会产生计算误差;而FVM只需降低库朗数,计算简单方便,且精度更高。因此,本研究提供了一种稳定、精确的水力瞬变计算方法。

摘要： 水轮机在甩负荷过程中,引水系统水力特性暂态变化带来的蜗壳末端水力瞬变压力最大值、水轮机转速变化率往往会影响到机组的安全运行,尤其是最大水头与最小水头变幅比超过1.4的水轮机,必须合理控制引水系统压力变化。为此,以某水电站为例,水头变幅比为1.941,属国内最大,建立水力瞬变计算模型,选择合理的关闭规律,对各种大变幅水头工况进行模拟,分析各典型水头工况下蜗壳末端水力瞬变压力最大值和水轮机转速变化率。计算结果表明,蜗壳末端水力瞬变压力最大值满足不超过180 m、水轮机转速变化率不超过45%、尾水管最大真空度不超过-8 m的要求,均在允许范围内,为水电站安全运行提供依据。

摘要： 为了提高管道系统泄漏的模拟和判断精度,将瞬态加速类(Brunone模型)和加权函数类(Zielke模型和Vardy模型)两类动态摩阻模型用于水力瞬变泄漏建模和模拟,并将计算结果与已有的试验数据、模拟结果进行对比分析.结果表明:与传统摩阻模型和存在简化误差的Brunone模型相比,Zielke模型和Vardy模型能更加精确地模拟泄漏管中压力和流量信号变化;管道泄漏会引起管道压力和流量畸变,这种畸变是由泄漏导致的压力和流量产生新的信号反射造成的;泄漏流量和泄漏位置均会影响管中压力和流量的畸变、幅值和衰减程度.

摘要： 为了明确输水隧洞内的明满流水力瞬变过程以及优化泄水闸的泄水流量,介绍了圆形输水隧洞中明满交替水流水力瞬变计算原理和方法.以某大型灌区干渠工程为例,根据窄缝法计算原理,采用显式差分中的扩散法,对圆形输水隧洞中的明满交替水流进行了水力瞬变计算研究.给出了圆形隧洞瞬变流计算的水力要素计算公式,得到了输水流量变化时隧洞不同断面的水深或压力随时间的变化曲线.结果 表明:当圆形隧洞水位封顶时,隧洞中的水压力越靠近下游断面,压力突升越剧烈;明流状态下节制闸关闭时间对隧洞内最大水深影响较小,隧洞内的最大水深随着泄水闸泄水流量的增加呈线性减小的趋势,根据数值模拟计算给出了泄水闸合理的设计泄水流量.研究成果可为输水隧洞工程的设计提供借鉴和参考.

摘要： 输水发电系统水力安全决定了水电站的安全稳定性和供电品质,一直以来是水电工程设计、建设和运营关注的重点。随着我国水电事业的发展,已积累了较多水力瞬变流仿真分析、调节保证优化设计、水力安全控制的经验,但也存在诸如复杂调压室水力学无法精确模拟、理论公式不完善、抽蓄电站数值仿真不收敛以及系统调控不完善等问题,甚至个别电站出现了水淹厂房、调压设施坍塌等严重安全事故。

摘要： 空气阀用于解决管道输配水工程中存气、补气问题,并预防断流弥合水锤的重要辅助设备.空气阀的进/排气过程是一个复杂的气液两相瞬变过程,其动态特性参数(包括进/排气流量系数、阀室内剩余气体体积、阀门关闭时长、阀门启闭时间等)直接影响系统的水锤防护效果.通过对空气阀动态特性相关的选型和布置、模型试验和数值模拟等方面的研究成果进行回顾综述,指出当前研究对空气阀动态特性参数的响应机理和临界阈值尚不明确,有必要在大比尺系统试验分析的基础上,明确空气阀结构特性及动态参数对两相瞬变过程的响应机理,完善现有的数学模型,进而给出空气阀设计、检测、选型、优化布置等的理论依据.

摘要： 采用Preissmann窄缝法计算了城门洞隧洞中的明满交替水流的水力瞬变过程,给出了城门洞拱顶内的水力瞬变计算参数公式。实例研究表明在不考虑城门洞洞顶气囊或气腔内空气体积变化的情形下,城门洞内水流由无压流变为有压流时将产生较大的压力变化,由有压流变为无压流时压力变化较小;城门洞隧洞内断面流量变化越快,明满流交替产生的压力变化也越大;靠近流量变化越近的隧洞断面其水力瞬变程度越急剧。

摘要： 特征线法是把不稳定流问题的两个偏微分方程,用两个特征值,转换成四个长微分方程,然后使用显示差分法把常微分方程表示成差分方程,在计算机上求解的一种方法,文章结合具体算例,采用特征线法用MATLAB进行编程计算.结果表明,这种方法计算速度快,收敛性好是一种很有效的计算方法.

摘要： 近年来，围绕国家水安全保障科技需求，水利部统筹组织行业内外优势科研力量，组织实施了一批国家级和省部级重大科技项目，取得一批重大创新成果。“长距离输水工程水力控制理论与关键技术”项目建立了长距离输水系统水力仿真与控制理论方法，揭示了复杂流动水力瞬变机理和演变规律，其成果已应用于引黄济青、引黄济津、南水北调中线京石段等工程中，为我国长距离输水系统的安全、稳定、高效运行提供了重要技术支撑。

摘要： 建立了管道泄漏引起的水力瞬变泄漏数学模型和边界条件,构造了差分方程,对不同泄漏地点和不同泄漏孔面积等情形进行模拟计算,得到管道泄漏发生后泄漏点的压力和流量随时间的变化规律,泵出口压力和流量随时间的变化规律,全线压力随时间的变化规律.

摘要： 本文引入了有向线性图、节支关联表、渠网信息等基本概念。提出了渠网水力瞬变计算模型的矩阵的分块描述，即按照支路和节点将计算模型分成一个个规则的基本子块，使其描述简洁，具有规律性，以便于计算机通用程序的开发设计。

摘要： 针对高扬程泵站水力瞬变特性，特别是在事故停机工况下管道负压过大的问题，采用特征线法，建立了泵站过渡过程计算中设计到的数学模型，计算了山西大禹渡泵站枢纽二级站机组启动和事故断电工况的水力过渡过程。结果表明，机组启动工况，泵后阀门开启时间越K，系统水力瞬变越平缓，管道压力波动越弱，压力极值越小；机组事故断电工况，机组流量和转速急剧下降，最大转速大于机组飞逸转速，最大压力超出管道承压限度，且存在极大负压；增大机组转动惯量，事故断电工况机组流量和转速变化都趋于平缓，最大倒转速控制在飞逸转速之下，最大压力降低至承压范同之内，负压得以控制。

摘要： 运用特征线法研究引滦入津工程新建州河段暗渠水力过渡过程,建立了复杂边界条件的数学模型,采用不同的时间步长处理明流段暗渠缓流与临界流的过渡断面,计算因电站机组运行台数变化所产生的非恒定水流对明流段暗渠、调节池及满流段暗渠水力特性的影响,以及由此引起的暗渠输水流量变化特性,为工程设计及正常运行提供依据。

摘要： 分析了管道输送堵塞的形式及形成原因,基于非稳态管道流动理论,建立了管道堵塞检测过程中的非稳态管流数学模型,构造了数值计算方程,对不同的堵塞工况进行了模拟计算,得到全线压力和流量随时间的变化.数值计算表明,沿着管线合理布置较少数量的传感器,便可以快速预测堵塞位置.

摘要： 本发明公开了一种瞬变运动条件下的棒束通道热工水力实验装置，包括电热组件、绝缘组件、流道组件以及密封组件，所述电热组件和绝缘组件均设置在流道组件中，且绝缘组件设置在电热组件和流道组件之间并与流道组件紧密贴合，流道组件设置在密封组件中并形成无缝连接。本发明是基于运动条件下棒束燃料堆芯研发的实际需求，根据棒束通道热工水力实验在高温高压条件下对装置特定的电性能、绝缘和密封性能等方面的要求，研发出来的一种新型的棒束通道实验装置，该实验装置解决电加热、绝缘和密封性能问题，能够在运动条件和高温、高压条件下稳定运行，开展流动与传热特性实验，确保海洋条件反应堆安全运行。

摘要： 本发明属于电子测量技术领域，可用于电信环境中由直流电源系统供电的设备的输入电压性能的测量，适用于ANSIT1.315标准的测试和分析，提高光通信网络的可靠性和运营维护效率，降低研发和运营的成本。本发明的目的在于为电信传输设备的研发和维护提供一种低成本的欠压瞬变，过压瞬变的测量装置。为了保证瞬变测试的实用可行性，我们设计了欠压瞬变，过压瞬变的测量电路，为通讯设备的电源瞬变性能的测量提供了一种方便快捷，低成本的解决方案，该电压瞬变测试方案可以灵活改变各种测试条件，可以适用于一些标准的兼容测试和分析，相比专用昂贵的浪涌测量仪器，本发明仅需要一些常规的测试仪器如示波器，函数发生器，电源就能进行电压瞬态性能的测量，成本低，实用性强，能完全满足ANSIT1.315标准的要求。

摘要： 本发明公开了一种瞬变运动条件下的棒束通道热工水力实验装置，包括电热组件、绝缘组件、流道组件以及密封组件，所述电热组件和绝缘组件均设置在流道组件中，且绝缘组件设置在电热组件和流道组件之间并与流道组件紧密贴合，流道组件设置在密封组件中并形成无缝连接。本发明是基于运动条件下棒束燃料堆芯研发的实际需求，根据棒束通道热工水力实验在高温高压条件下对装置特定的电性能、绝缘和密封性能等方面的要求，研发出来的一种新型的棒束通道实验装置，该实验装置解决电加热、绝缘和密封性能问题，能够在运动条件和高温、高压条件下稳定运行，开展流动与传热特性实验，确保海洋条件反应堆安全运行。

摘要： 本发明属于UWB无线定位技术领域，具体来讲为一种多参数滑坡瞬变及蠕变实时监测系统及方法，包括根据监测范围大小以及标定点数设置的多个定位基站数量和标签数量，其中，所述定位标签固定在滑坡表面标定点处，并实时发射UWB脉冲信号并监测加速度变化，定位基站均匀分布在监测滑坡四周不易滑动的坚固地表或基石上，用于接收标签发射的UWB脉冲信号，获取UWB定位数据以及加速度数据；与任意一个定位基站链接，并采集定位基站的数据，将采集到的数据处理分析，并实时显示定位标签的位置坐标的控制平台，完成滑坡复杂环境条件下的实时定位监测，同时具有易安装、低成本、可长时间无人运行等功能。

摘要： 一种基于有限差分法与有限体积法耦合的多维水力系统瞬变模拟方法，属于管网系统水力瞬变数值模拟领域。本发明利用一维有压管道非恒定流控制方程方程，一维明渠浅水方程，二维明渠浅水方程，三维流动方程，并基于有限差分法与有限体积法耦合的思想，采用相同的耦合方法，将一维有压管道非恒定有限差分法，分别与一维有压管道非恒定流有限体积法，一维明渠非恒定流有限体积法，二维明渠非恒定流有限体积法，三维复杂流动有限体积法耦合。该耦合模型一方面利用了一维有限差分法在复杂水力系统模拟方面的计算速度快，边界条件处理简单的优势，另一方面利用了多维有限体积法在复杂流动计算时精度高的特点，实现了效率与精度优化组合。

摘要： 本发明公开了一种基于有限体积法的抽水蓄能电站水力瞬变的模拟方法，包括：将管道非定常流方程改写成经典水锤方程；基于FVM，进行离散，得到有压管道内各单元体的积分求解公式；采用Riemann问题的求解格式，得到各控制体边界处的通量计算形式；根据二阶Godunov的求解格式，进行通量求解，得到各单元体边界处二阶精度的通量计算值；通过时间积分将源项合并，得到机组控制方程；根据Riemann不变量方程，采用添加虚拟体的方式对边界处进行计算；对计算结果进行处理，进行对比验证。本发明将水泵水轮机的控制方程与虚拟体进行结合，可以更方便的处理抽水蓄能电站管网系统中MOC需要进行波速调整、简化模型等带来的计算复杂、精度较低的问题。

摘要： 本发明公开了一种基于拉格朗日无网格粒子法的水力瞬变模拟方法，包括：建立水力瞬变基本微分方程，根据待模拟的输水工程实例确定计算域、采集初始参数并确定边界条件；在计算域内布置计算粒子，在边界处布置虚拟粒子；基于光滑粒子法，采用核近似法对函数进行逐步插值积分，得到核函数与核函数导数；采用粒子近似法，得到核函数的粒子离散方程和核函数导数的粒子离散方程，进而求解其动量方程和连续性质量方程；基于核函数导数的粒子离散方程，通过欧拉时间积分法，进行下一时步的计算。本发明可对输水管道系统中水力瞬变进行准确的数值模拟，且引入人工粘度来抑制虚假的数值振荡，有助于规避工程风险，保护水力系统安全。

摘要： 本发明公开了一种隐式考虑动态摩阻的管道水力瞬变模拟方法和存储介质，建立管道水力瞬变数学模型的控制方程；在FVM体系下，将管段分为N个控制体，建立计算网格，将管道水力瞬变数学模型的控制方程转化为黎曼问题的求解格式；根据黎曼问题求解格式，采用二阶Godunov格式计算网格内部控制体交界面通量，通过加入虚拟控制体求解边界控制体交界面通量，进而得到每个控制体的流体变量。本发明提出利用改进的Brunone动态摩阻模型的二阶Godunov格式来模拟水锤问题，并提出了计算边界控制体的虚拟控制体方法，可以更好解决现有模拟管道水力瞬变特性方法中不准确、不高效的问题。

摘要： 一种基于有限差分法与有限体积法耦合的多维水力系统瞬变模拟方法，属于管网系统水力瞬变数值模拟领域。本发明利用一维有压管道非恒定流控制方程方程，一维明渠浅水方程，二维明渠浅水方程，三维流动方程，并基于有限差分法与有限体积法耦合的思想，采用相同的耦合方法，将一维有压管道非恒定有限差分法，分别与一维有压管道非恒定流有限体积法，一维明渠非恒定流有限体积法，二维明渠非恒定流有限体积法，三维复杂流动有限体积法耦合。该耦合模型一方面利用了一维有限差分法在复杂水力系统模拟方面的计算速度快，边界条件处理简单的优势，另一方面利用了多维有限体积法在复杂流动计算时精度高的特点，实现了效率与精度优化组合。

摘要： 本实用新型公开了一种基于水力瞬变仿真的输水管道泄漏预警数据监测装置，包括设置在平铺的输水管道前后两端的两个差压监测模块，差压监测模块包括差压变送器，差压变送器设置在输水管道上间隔大于等于20米的两个取压孔之间；所述取压孔通过管道与差压变送器相连，其中一个取压孔与差压变送器的连接管道上设有第一压力传感器，两个差压监测模块间的输水管道上设有第二压力传感器，位于后端的差压监测模块的后方设有第三压力传感器；所述输水管道上安装有超声波流量计。本实用新型通过多种传感器的合理布置，即控制了成本，又能够保证测量数据的准确性。多种数据的有效监测能够保证负压波法、压力梯度法、压力流量质量分析法计算结果的准确性。