水利水電工程概論課件-習題3-水錘計算

水利水電工程概論課件-習題3-水錘計算匯報人：AA2024-01-14水錘現(xiàn)象及危害水錘計算基本原理與方法不同類型管道系統(tǒng)水錘特性分析減壓措施在防止和減輕水錘危害中應(yīng)用實驗設(shè)計與操作過程介紹課程總結(jié)與拓展延伸思考contents目錄水錘現(xiàn)象及危害01水錘是在壓力管道中，由于水流速度的急劇變化，導(dǎo)致管道中壓力產(chǎn)生大幅度波動的現(xiàn)象。根據(jù)水錘產(chǎn)生的原因和特性，可分為直接水錘、間接水錘、負水錘和復(fù)合水錘等。水錘定義與分類水錘分類水錘定義水流速度的突然變化，如閥門關(guān)閉、水泵啟動或停止等。產(chǎn)生原因當水流速度發(fā)生變化時，由于慣性和壓縮性的影響，管道內(nèi)壓力會隨之產(chǎn)生波動，形成水錘現(xiàn)象。產(chǎn)生過程水錘產(chǎn)生原因及過程水錘會導(dǎo)致管道內(nèi)壓力大幅度波動，可能超過管道承受極限，造成管道破裂或設(shè)備損壞。壓力波動水流振蕩能量損失水錘引起的壓力波動會導(dǎo)致水流振蕩，影響管道系統(tǒng)的穩(wěn)定性和正常運行。水錘過程中會產(chǎn)生能量損失，降低管道系統(tǒng)的輸水效率。030201水錘對管道系統(tǒng)影響案例一某水電站壓力管道水錘事故分析。該事故由于閥門關(guān)閉過快引發(fā)直接水錘，導(dǎo)致管道破裂和嚴重經(jīng)濟損失。啟示：應(yīng)合理控制閥門關(guān)閉速度，避免過快關(guān)閉引發(fā)水錘。案例二某城市供水管道水錘現(xiàn)象研究。該案例中，由于水泵啟動和停止引發(fā)間接水錘，對管道系統(tǒng)造成周期性壓力波動。啟示：應(yīng)對水泵運行進行合理調(diào)度和控制，以減小水錘對管道系統(tǒng)的影響。典型案例分析與啟示水錘計算基本原理與方法02一維流動方程及其求解方法一維流動方程描述水流在管道中一維運動的偏微分方程，包括連續(xù)性方程和動量方程。求解方法通過有限差分法、特征線法等數(shù)值方法求解一維流動方程，得到管道中水流的速度、壓力等參數(shù)。一種基于特征理論的數(shù)值計算方法，適用于求解雙曲型偏微分方程。特征線法將水錘偏微分方程轉(zhuǎn)化為特征線方程，通過求解特征線方程得到管道中水流的速度、壓力等參數(shù)。該方法具有計算效率高、精度高等優(yōu)點。在水錘計算中應(yīng)用特征線法在水錘計算中應(yīng)用圖表法利用圖表進行水錘計算的方法，包括水錘壓力圖、水錘波速圖等。輔助應(yīng)用通過圖表法可以直觀地了解管道中水流的速度、壓力等參數(shù)的變化規(guī)律，為水錘計算提供輔助手段。同時，圖表法也可以用于驗證數(shù)值計算結(jié)果的正確性。圖表法在水錘計算中輔助應(yīng)用VS利用計算機模擬管道中水流運動的過程，包括有限元法、有限體積法等。在復(fù)雜管道系統(tǒng)中應(yīng)用對于復(fù)雜的管道系統(tǒng)，如分支管道、變截面管道等，數(shù)值模擬技術(shù)可以準確地模擬水流運動的過程，得到管道中水流的速度、壓力等參數(shù)的詳細分布情況。同時，數(shù)值模擬技術(shù)也可以用于優(yōu)化管道設(shè)計、預(yù)測水錘現(xiàn)象等。數(shù)值模擬技術(shù)數(shù)值模擬技術(shù)在復(fù)雜管道系統(tǒng)中應(yīng)用不同類型管道系統(tǒng)水錘特性分析03長距離輸水管道系統(tǒng)由于管道長度較長，水錘波傳播速度較快，容易引起瞬時的壓力變化。水錘波速快在長距離輸水管道中，由于水流慣性和管道彈性的相互作用，水錘壓力波動幅度較大。壓力波動幅度大長距離輸水管道在受到水錘作用時，管道變形較明顯，需要考慮管道的強度和穩(wěn)定性。管道變形明顯長距離輸水管道系統(tǒng)水錘特性

城市給水管網(wǎng)系統(tǒng)水錘特性管道連接復(fù)雜城市給水管網(wǎng)系統(tǒng)由眾多管道、閥門和附件組成，連接復(fù)雜，容易產(chǎn)生水錘現(xiàn)象。壓力波動頻繁城市給水管網(wǎng)中用水量的變化導(dǎo)致管道內(nèi)壓力波動頻繁，增加了水錘發(fā)生的概率。水質(zhì)要求高城市給水管網(wǎng)對水質(zhì)要求較高，水錘現(xiàn)象可能導(dǎo)致管道破裂、水質(zhì)污染等問題。消防管道系統(tǒng)在滅火時需要提供大量的瞬時流量，容易引起水錘現(xiàn)象。瞬時流量大消防管道系統(tǒng)中的水流速度和水壓變化劇烈，導(dǎo)致水錘壓力波動幅度大。壓力波動劇烈消防管道系統(tǒng)的安全要求非常高，必須采取措施防止水錘對管道和設(shè)備的破壞。安全要求高消防管道系統(tǒng)水錘特性不同類型管道系統(tǒng)中，長距離輸水管道系統(tǒng)的水錘波速最快，城市給水管網(wǎng)系統(tǒng)和消防管道系統(tǒng)相對較慢。長距離輸水管道系統(tǒng)和消防管道系統(tǒng)的壓力波動幅度較大，而城市給水管網(wǎng)系統(tǒng)相對較小。對于不同類型管道系統(tǒng)的水錘現(xiàn)象，需要綜合考慮其安全風險，采取相應(yīng)的防護措施。例如，對于長距離輸水管道系統(tǒng)和消防管道系統(tǒng)，需要重點關(guān)注其壓力波動幅度和瞬時流量對水錘的影響；對于城市給水管網(wǎng)系統(tǒng)，則需要關(guān)注其復(fù)雜的連接方式和頻繁的壓力波動對水錘的影響。水錘波速比較壓力波動幅度比較安全風險評估不同類型管道系統(tǒng)水錘比較與評估減壓措施在防止和減輕水錘危害中應(yīng)用04減壓閥通過改變節(jié)流面積，使流速及流體的動能改變，造成不同的壓力損失，從而達到減壓的目的。依靠控制與調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，使閥后壓力的波動與彈簧力相平衡，使閥后壓力在一定的誤差范圍內(nèi)保持恒定。選擇減壓閥時，應(yīng)根據(jù)管道系統(tǒng)的壓力、流量、溫度等參數(shù)以及減壓要求、安裝位置等條件進行綜合考慮。同時，還需注意減壓閥的公稱壓力、公稱通徑、適用介質(zhì)、適用溫度等性能指標。減壓閥工作原理選型依據(jù)減壓閥工作原理及選型依據(jù)并聯(lián)布置將多個減壓閥并聯(lián)安裝在管道系統(tǒng)中，可以實現(xiàn)互為備用的功能，提高系統(tǒng)的可靠性。串聯(lián)布置將多個減壓閥串聯(lián)安裝在管道系統(tǒng)中，可以逐級降低管道壓力，適用于需要較大減壓比或較高精度的場合。旁路布置在主管道上設(shè)置旁路管道，并在旁路管道上安裝減壓閥，可以在不影響主管道流量的情況下對局部管道進行減壓。減壓閥在管道系統(tǒng)中布置方式探討減壓閥性能參數(shù)設(shè)置與調(diào)整策略根據(jù)管道系統(tǒng)的實際情況和減壓要求，合理設(shè)置減壓閥的公稱壓力、公稱通徑、流量特性等性能參數(shù)。性能參數(shù)設(shè)置在減壓閥使用過程中，應(yīng)根據(jù)實際運行情況和壓力波動情況，適時調(diào)整減壓閥的開度或彈簧預(yù)緊力等參數(shù)，以保證閥后壓力的穩(wěn)定。調(diào)整策略使用注意事項在安裝和使用減壓閥時，應(yīng)注意避免損壞密封面和防止雜物進入閥內(nèi)。同時，還需注意定期檢查和更換易損件，以保證減壓閥的正常運行。維護保養(yǎng)建議定期對減壓閥進行清洗和潤滑保養(yǎng)，以延長其使用壽命。對于長期不使用的減壓閥，應(yīng)關(guān)閉前后截止閥并放空內(nèi)部介質(zhì)。減壓閥使用注意事項及維護保養(yǎng)建議實驗設(shè)計與操作過程介紹05實驗?zāi)康耐ㄟ^水錘實驗，探究水錘現(xiàn)象的產(chǎn)生機理，了解水錘波的傳播特性，掌握水錘壓力的計算方法。要點一要點二實驗原理水錘是由于管道內(nèi)水流速度突然改變，導(dǎo)致管道中壓力劇烈波動的現(xiàn)象。當管道閥門突然關(guān)閉或開啟時，水流速度發(fā)生變化，根據(jù)動量定理，管道內(nèi)的壓力也會相應(yīng)發(fā)生變化，產(chǎn)生水錘現(xiàn)象。實驗?zāi)康暮驮黻U述實驗裝置：主要包括水箱、管道、閥門、壓力表、流量計等。實驗裝置搭建和操作流程說明搭建步驟1.將管道連接水箱和閥門，確保管道密封性良好。2.在管道上安裝壓力表和流量計，以便實時監(jiān)測管道內(nèi)的壓力和流量變化。實驗裝置搭建和操作流程說明調(diào)整閥門開度，控制管道內(nèi)的水流速度。實驗裝置搭建和操作流程說明操作流程1.打開水箱出水口，使水流進入管道。2.調(diào)整閥門開度至適當位置，記錄此時的壓力表和流量計讀數(shù)。實驗裝置搭建和操作流程說明0102實驗裝置搭建和操作流程說明4.重復(fù)實驗多次，以獲得更準確的實驗數(shù)據(jù)。3.突然關(guān)閉閥門，觀察并記錄壓力表的瞬時變化。數(shù)據(jù)處理對采集到的數(shù)據(jù)進行整理、篩選和分類，去除異常值和誤差較大的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)分析采用統(tǒng)計分析方法，對處理后的數(shù)據(jù)進行均值、標準差等統(tǒng)計量的計算，以評估水錘現(xiàn)象的嚴重程度和波動范圍。數(shù)據(jù)采集使用壓力表和流量計實時采集管道內(nèi)的壓力和流量數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集、處理和分析方法介紹將實驗數(shù)據(jù)以圖表形式進行可視化展示，包括壓力隨時間變化曲線、流量隨時間變化曲線等。實驗結(jié)果展示在實驗結(jié)果展示后，組織參與者進行討論和交流，探討實驗結(jié)果與理論預(yù)測的差異及可能原因，提出改進實驗設(shè)計和操作過程的建議。同時，可以引入相關(guān)案例或文獻，加深對水錘現(xiàn)象的理解和認識。討論環(huán)節(jié)安排實驗結(jié)果展示和討論環(huán)節(jié)安排課程總結(jié)與拓展延伸思考0603水錘防護措施的探討介紹了減輕水錘危害的措施，如設(shè)置空氣室、調(diào)壓塔、減壓閥等。01水錘現(xiàn)象的基本概念水錘是在壓力管道中，由于水流速度的急劇變化，導(dǎo)致管道中水壓大幅度波動的現(xiàn)象。02水錘計算的原理和方法通過聯(lián)立運動方程和連續(xù)方程，采用特征線法等方法對水錘進行計算，預(yù)測管道中的壓力變化。本次課程重點回顧與總結(jié)陳述新型水錘計算方法的研究01隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，數(shù)值計算、有限元分析等現(xiàn)代計算方法在水錘計算中得到了廣泛應(yīng)用，提高了計算的準確性和效率。智能水錘防護系統(tǒng)的研發(fā)02結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等先進技術(shù)，研發(fā)具有實時監(jiān)測、自動調(diào)壓等功能的智能水錘防護系統(tǒng)，提高水利水電工程的安全性和可靠性。水錘現(xiàn)象對管道材料的影響研究03水錘產(chǎn)生的壓力波動會對管道材料造成疲勞損傷