管道非恒定流的水力要素如斷面平均流速(V)、平均壓強(p)等均為時間(t)和沿流程的距離(s)的函數(shù):根據(jù)流體質(zhì)量守恒和動量原理,同時計及流體的可壓縮性和管壁材料的彈性時,管道截面積(A)和流體密度也是時間(t)和距離(s)的函數(shù):
可以導出管道非恒定流的基本微分方程如圖。
式中,g為重力加速度;α為管道軸線與水平面的夾角;λ為沿程水頭損失系數(shù):D為管道直徑。
對于棱柱體管道和可壓縮性較小的流體(例如水),并引入水擊波速(a),連續(xù)方程可化為方程(3)
從運動方程、連續(xù)方程出發(fā),經(jīng)過不同程度的簡化,可以得出不同的管道非恒定流計算方法。常見的方法有解析法、圖解法、特征線法、隱式差分法、線性分析法等目前最常用的方法是特征線法,它把連續(xù)方程和運動方程這一組雙曲型擬線性偏微分方程變換成四個全微分方程,然后沿特征線積分,離散為有限差分的形式,用規(guī)定時間間隔的方法,通過計算機進行求解。
管道非恒定流分析計算廣泛用于水利水電、灌溉供水、能源化工、液壓傳動等工程中。例如:水電站、泵站的有壓輸水系統(tǒng),供水管網(wǎng),火、核電站的冷卻水系統(tǒng),化工流體、天然氣和石油輸運管路,液壓裝置,管路系統(tǒng)等 。
有壓管道中液體流速急劇變化時引起管內(nèi)液體壓強大幅度波動的非恒定流現(xiàn)象稱為水擊或水錘。管道系統(tǒng)中閥門的快速關(guān)閉及開啟,供水系統(tǒng)中水泵的突然停機或起動,以及水電站機組負荷變化使水輪機導水葉迅速啟閉等,都會在管道系統(tǒng)中產(chǎn)生水擊。水擊可能導致管道系統(tǒng)振動、噪聲和空化,甚至使管道嚴重變形、壓癟或爆裂。水電站壓力引水道較長時,常在引水道未修建調(diào)壓室,以減少水擊的強度和作用范圍。水輪機組引用流量變化時,除了在壓力管道中發(fā)生水擊外,引水道-調(diào)壓室系統(tǒng)中還產(chǎn)生水體振蕩,這種非恒定流現(xiàn)象常稱為涌浪。運動要素變化快、幅值大、流體和管壁的彈性影響顯著是水擊與涌浪的主要區(qū)別 。
壓力管道一般包括:自來水、綠化澆灌水、消防水、燃氣管,熱水管、重力管道一般包括:雨水管、污水管
壓力流管,是指管內(nèi)的流體是有壓力的,可以拐彎可以走逆坡.多指給水管等 重力流管,是指管內(nèi)的流體是在重力的作用下流動,只能沿重力向下的方向敷設(shè).多指排水管.
壓力流管,是指管內(nèi)的流體是有壓力的,可以拐彎可以走逆坡.多指給水管等 重力流管,是指管內(nèi)的流體是在重力的作用下流動,只能沿重力向下的方向敷設(shè).多指排水管.
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為治理非恒定流條件下的沙卵石淺灘,通過對已建工程的調(diào)查研究、原型觀測、物模試驗,經(jīng)分析后,提出了相應(yīng)的整治原則、整治水位、平面設(shè)計及施工與維護技術(shù)措施。
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本文對復雜尾水系統(tǒng)的非恒定流進行分析和計算.以圣維南方程為基礎(chǔ),建立了復雜尾水系統(tǒng)非恒定流計算的數(shù)學模型,模擬了水輪機出流、尾水調(diào)壓室、有壓尾水洞無壓尾水洞,從而考慮了無壓尾水洞,對尾水調(diào)壓室中水位波動的影響;同時,推導了由水輪機出流、尾水調(diào)壓室和有壓尾水洞組成的無壓尾水洞非恒定流計算的上游邊界條件,及相應(yīng)計算工況的下游邊界條件.數(shù)值計算方法采用Pressmaan,A.隱式差分法.
當管流中各運動要素均不隨時間變化,則稱為有壓管道恒定流。2100433B
第一章非恒定流在橋渡試驗研究中的應(yīng)用與發(fā)展
第一節(jié)非恒定流自動控制系統(tǒng)的研制
第二節(jié)非恒定流科研難題的探索
第二章非恒定流模型試驗相似理論、基本條件及野外觀測
第一節(jié)模型試驗相似理論
第二節(jié)非恒定流模型試驗基本條件
第三節(jié)非恒定流野外觀測(雷達測速)
第四節(jié)錢塘汀涌潮壓力與沖刷天然觀測研究
第三章水庫潰壩實例及模型試驗研究
第一節(jié)國外水庫潰壩實例
第二節(jié)國內(nèi)水庫潰壩實例
第三節(jié)水庫潰壩模型試驗研究
第四節(jié)潰壩模型試驗研究發(fā)展方向
第四章潰壩最大流量計算研究
第一節(jié)圍內(nèi)外研究概況
第二節(jié)潰壩最大流量理論計算公式的推導
第三節(jié)潰壩最大流量經(jīng)驗計算公式的建立
第四節(jié)潰壩口門寬度調(diào)查研究
第五章緬甸仰光一丁茵大橋橋墩潮汐沖刷試驗研究
第一節(jié)試驗任務(wù)與要求
第二節(jié)試驗方法與模型設(shè)計
第三節(jié)試驗設(shè)備與儀器
第四節(jié)試驗資料分析成果
第五節(jié)結(jié)論與認識
第六章錢塘江涌潮壓力及沖刷試驗研究
第一節(jié)錢塘汀河口基本情況及涌潮的彤成
第二節(jié)錢塘江涌潮的模擬
第三節(jié)錢塘汀涌潮壓力及沖刷試驗研究
第七章京滬高速鐵路長江上元門橋位整體河工模型試驗研究
第一節(jié)模型設(shè)計
第二節(jié)定床試驗
第三節(jié)動床試驗
第四節(jié)主要結(jié)論
第八章沉井吸泥下沉沖刷試驗研究
第一節(jié)試驗內(nèi)容與要求
第二節(jié)模型設(shè)計及試驗方案
第三節(jié)試驗方法與儀器設(shè)備
第四節(jié)資料分析與成果
第五節(jié)結(jié)論
第九章京廣線鄭州黃河大橋橋墩局部沖刷及防護工程措施試驗研究
第一節(jié)模型設(shè)計
第二節(jié)試驗方法與儀器設(shè)備
第三節(jié)試驗結(jié)果及資料分析
第四節(jié)結(jié)語
第十章其他橋墩沖刷非恒定流試驗研究
第一節(jié)不同結(jié)構(gòu)形式橋墩局部沖刷試驗研究
第二節(jié)分層土壤橋墩局部沖刷
第三節(jié)媽嶼島非恒定流橋墩局部沖刷試驗研究
參考文獻
附錄一
附表一歷年水庫大壩潰決、放水誘發(fā)的鐵路災(zāi)害統(tǒng)計表
附表二主要病險水庫或失效水庫對鐵路影響統(tǒng)計表
附表三水庫溢洪道下泄流量對鐵路影響統(tǒng)計表
附表四鐵路被水庫淹沒后造成的危害統(tǒng)計表
附錄二本書所列鐵道科學研究院完成的橋渡非恒定流試驗研究項目及主要成員
戴榮堯編著的《橋渡非恒定流研究與實踐(精)》共分十章,以作者完成的各項橋渡非恒定流試驗研究成果為主線,全面系統(tǒng)地總結(jié)我國非恒定流橋渡模型試驗研究的發(fā)展歷程,扼要介紹非恒定流模型試驗的相似理論,試驗研究的基本條件,以及水庫潰壩、潮汐沖刷、涌潮壓力與沖刷等等不同類型非恒定流試驗研究的特點、關(guān)鍵難題的解決途徑和科研成果??晒┙煌ā⑺块T有關(guān)工程設(shè)計、施工、科研參考或橋渡非恒定流試驗研究繼續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。