瞬变流讲义2007).pdf

参考书目及侧重点： [1]《瞬变流》（［美］ E.B.怀利 V.L.斯特里特）——经典理论、工程实例丰富 [2]《泵站水锤与防护》（刘竹溪）——泵站过渡过程及工程水锤防护 [3]《管线中不稳定流的现代分析和控制》［美］GARY Z.沃斯特——计算程序较 丰富FORTERAN（12条） [4]《工业管道中的水锤》 （王学芳）——工程实例较多较系统 包括：管阀水锤、供热管网、长输管线（输水、输油、输气）、核电 [5] 《电站与泵站中的水力瞬变及调节》（杨开林）——泵站水锤、气液两相流 贡献：停泵水锤简便计算方法，水柱分离模型及其弥合水锤算法 [6] 《管网中不稳定流动的水力分析》（［英］J.A. 福克斯） ——比较简单，知识体系使用，以管网非恒定流为主，但翻译质量较差 [7] 《停泵水锤及其防护》（金锥）——程序较实用 [8] 《实用水力过渡过程》（加）——侧重水轮机过渡过程，基本方程形式H~Q [9] 《水击理论及水击计算》 （王树人） ——水击基本方程、重点讲解解析法、图解法和电算法三种求解方法，对边 界条件的描述不太多，数值解法放在电算中讲解 [10] 《调压室水力计算理论与方法》 （王树人） ——国内第一本系统描述长输管道中调压室的书，第五章有各种形式调压室 的计算程序（调压室为一种特殊边界条件） 第一章 非定常流概念 第一节 流动的分类、定义 一、流动分类 定常流：任一点参数不随时间变化 非定常流：参数随时间变化←→瞬变流←→水锤 定常振荡流：流动状态每隔一个振荡周期（固定时间间隔）重复出现 →共振：非定常振荡的振幅随时间而增长，一直到发生事故形成一个振幅非常大 的振荡流为止。其周期是系统的自然周期之一或接近系统周期 二、重要概念 瞬变流特征：瞬时流速（压力）变化引起的压力（流速）变化 1 1、波速的概念 1.1 波速定义及计算式 对可（不可）压缩流体管路系统上的瞬变，无论是流速或压力的突然变化 或扰动，都将通过压力波的传播引起上（下）游流体流动参数的变化，将压力波 传播速度称为波速或水击波速。 假设控制体质量恒定（其变化很小），根据质量连续方程，并定义流体弹性 模量 (P7) Δp K Δρ/ ρ0 可推得刚性管中可压缩流体水击波速公式： K a ρ0 ΔP 也即 a Δρ 1.2 影响波速的因素： (1) 夹杂空气的影响 液体中有气泡时,压力波传播速度会大大减小 如果存在少量气体的话,管壁弹性的影响就显得无关紧要 P7:图1-5 不同空气含量下管中压力波的传播速度 原因分析 1) 水里的气泡可以看作是用水加载的弹簧,压力脉冲压缩弹簧,弹簧再推水使水 加速,水再依次来压缩另外一根弹簧. 2) 均质流体中波直接从一个质点传到下一个质点. (2) 特殊导管内的波速（P18） 1.3 瞬变的起因（P8） 主观作用：阀门调节、泵的启动与停机、水轮机所需功率的变化、往复泵的作用、 改变水库水位； 客观变化：水库上的波浪、旋转机械调速器的振荡、叶轮机械中叶轮或导叶的振 动、可变形的一些附件的振动、由于旋涡引起的尾水管的不稳定 水锤问题研究：研究水锤通常涉及以上数个边界条件的管系的问题； 水锤