张峰水库输水二干管线工程重力流水力过渡过程的数值模拟(2)

　　2 张峰水库输水二干管线工程重力流水锤计算机数值模拟
　　2.1 张峰水库二干管线计算主要技术资料
　　2.1.1 张峰水库输水工程简介
　　张峰水库位于山西省晋城市沁水县郑庄镇张峰村沁河干流上,距晋城市城区90 km,水库总库容3.94亿m3,是以城市生活和工业供水、农村人畜饮水为主,兼顾防洪、发电等综合利用的大(2)型水库枢纽工程。
　　2.1.2 二干重力流段供水工程简介
　　(1)工程规模:二干起点为总干末端调蓄水池,输水线路全长18.28 km(总干末端蓄水池至二干末端蓄水池),向南供巴公地区工业用水,设计流量1.11 m3/s,管道及其建筑物的级别为3级,采用20年一遇洪水设计、50年一遇洪水校核。
　　(2)重力流工程组成;二干起点为总干末端调蓄水池,向正南方向在唐庄西约1 km处穿S331公路,经北陈、窑则头(在桩号R4+249穿铁路,在桩号R6+777处穿过许河)在桩号R9+350到达界牌岭,然后向南(在桩号R10+216.69穿S227公路,在桩号R10+567.22穿铁路)经莒山煤矿、双王庄、南庄、东、西板桥村至渠头村西南侧的二干末端蓄水池。输水线路全长约18.1km(总干末端蓄水池至二干末端蓄水池),向南供巴公地区工业用水,设计流量1.11 m3/s。重力流系统布置图见图2,供水管道采用玻璃钢管,管径DN800 mm,糙率率选用0.009。供水管道水锤计算的基本资料见表1。

　　总干末端调蓄水池水位(920.5 m)～二干末端蓄水池水位771.0 m,其中的管道长度18.1km,管道采用DN800 mm玻璃钢管,该区段静水头为149.5 m,设计流量Q=1.11 m3/s。
　　重力流最终的削能减压措施为网孔套筒式减压阀。
　　2.1.3 本研究的主要内容及工况
　　计算流量为设计流量Q=1.11 m3/s,摩阻系数分别取f=0.0089、f=0.0090、f=0.0095计算。本课题研究的主要水力过渡过程的数值模拟即:阀前输水管道压力控制在1.3倍的工作压力以下,确定套筒阀阀的关闭规律;模拟计算分析压力管线的压力分布情况。
　　2.2 张峰水库二干管线重力流水锤计算机数值模拟结果分析
　　本研究在设计流量工况、不同摩阻系数、调流调压阀不同关阀规律(时间)条件下,根据重力流供水工程水锤计算的有关技术要求,模拟计算整个供水系统的水锤压力。在本工程重力流的相关技术资料已经提出的基础上,通过模拟计算提供重力流最大水锤压力分布状况,提供最大水锤压力的包络线及对应的时间过程,校核该供水工程的设计方案的合理性。

　　2.2.1 模拟计算的工况优化和计算结果分析
　　管材为玻璃钢管,管径DN=800 mm,水击波速c0=929.49m3/s,设计流量Q设=1.11 m3/s,分20段计算。静水头H0=149.5 m,计算中取摩阻系数f=0.0089、f=0.0090和f=0.0095,分别在调流调压阀不同关阀规律(时间)和不同摩阻系数下计算关阀时间分别为200 s、350 s、400 s时的关阀水锤压力特征值。
　　为避免阀门使用中出现震动和超常的噪声,阀门的最小进口水头与阀门最大出口水头之差控制在规范运行的条件下,在供水系统稳态运行研究的基础上,以关阀指数不同进行模拟计算的工况优化,通过模拟计算提供重力流最大水锤压力分布状况,提供最大水锤压力的包络线及对应的时间过程,校核该供水工程的设计方案的合理性,计算结果见表2。

　　鉴于以上计算结果,现列出设计流量Q设=1.11 m3/s,摩阻为0.0 095、关阀指数为1、关阀时间为400时的个参数关系图:
　　分析本段重力流的计算结果,关阀指数为2时,各个摩阻系数计算下的最大压力值均超过稳态工况压力的1.3倍,但均在稳态工况压力的1.5倍范围内。其他工况下计算的最大压力均在稳态工况压力的1.3倍以内。计算中关阀时间小于200 s时,最大压力均超出稳态工况压力的1.5倍范围,因此关阀时间设置在350以上。计算关阀时间超出400 s后,最大压力值变幅较小,结果表明关阀时间在400 s以内即可满足供水系统的运行要求,因此建议关阀指数取y=1,关阀时间取350 s~400 s。在满足供水系统安全运行的基础上,通过上述的分析,在大量的计算方案比较研究的基础上,建议调流调压阀阀门开度与流阻系数满足下列要求,调节阀特性曲线图见图6,建议调节阀特性数据表见表3。

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