单水源城市供水管网断流和非断流停泵水锤计算研究.docx

单水源城市供水管网断流和非断流停泵水锤计算研究
摘要：
本文通过研究单水源城市供水管网中的断流和非断流停泵情况下水锤的影响，对管网设计、运营和管道安全性提供一定的理论指导和技术支持。采用数值模拟方法，分别模拟水泵停止和启动两种情况下的水锤，探究水锤时的压力变化、泄压装置、管道反应力等因素。本文的研究结果表明，水锤对管道及配套设施的影响是显著的，管道反应力是水锤产生的主要因素之一，因此，设计和建设新的供水管网时必须考虑水锤的影响，并采用有效的措施来避免水锤产生。
关键词：单水源城市、断流、非断流停泵、水锤、管道反应力
Abstract：
Thispaperstudiestheimpactofwaterhammeronthedesign,operationandsafetyofpipelineinsinglewatersourcecitywatersupplynetworkduringthesituationofflowinterruptionandnon-flowinterruptionpumpstopping.Numericalsimulationmethodisusedtosimulatethewaterhammercausedbythestopandstartofthewaterpump,andthepressurechange,pressurereliefdeviceandpipingreactionforceduringthewaterhammerareexplored.Theresearchresultsofthispapershowthattheimpactofwaterhammeronpipelineandsupportingfacilitiesissignificant,andthepipingreactionforceisoneofthemainfactorsofwaterhammer.Therefore,whendesigningandconstructinganewwatersupplynetwork,theimpactofwaterhammermustbeconsidered,andeffectivemeasuresmustbetakentoavoidtheoccurrenceofwaterhammer.
Keywords:Singlewatersourcecity,Flowinterruption,Non-flowinterruptionpumpstopping,Waterhammer,Pipingreactionforce
1.引言
水是人体最基本的需求之一，城市供水管网是当今城市生活中必不可少的基础设施。然而，随着城市化进程的加速，供水管网的规模在不断扩大，管网的复杂度和工程难度也在不断提高。供水管网设计、运营和管道安全性一直是水利工程领域的重点研究方向。
在单水源城市供水管网的设计中，必须考虑到供水的安全性和稳定性。由于管网中的水流速度和压力的变化，水锤问题经常在城市供水管网中发生。水锤是由于管道内的液体在管道中产生冲击波而引起的压力变化。在断流和非断流停泵情况下，水锤的影响为供水管网的安全和稳定带来了很大的威胁。因此，本文采用数值模拟方法，对单水源城市供水管网中的断流和非断流停泵情况下水锤的影响进行研究，并提出相应的解决措施，为管网设计和运营提供理论指导和技术支持。
2.文献综述
过去几十年来，水力学领域对水锤问题进行了广泛的研究。应用数值模拟方法对水锤问题进行了深入的研究，该方法已成为水锤研究的重要手段。Duan等人(2013)研究了管网中的非周期性泵方法，并针对突然停止泵发现了液压冲击和摩擦力矩等问题。Delgado等人(2011)采用数值模拟方法对管网中泵站出口的水锤问题进行了研究，并分析了水锤压力对管道壁面的影响。Bjrndalen等人(2013)用数值模拟的方法研究了水锤问题对供水系统的影响，并提出了措施来减轻水锤问题对建筑物设备的破坏。
总的来说，数值模拟方法已经成为解决水锤问题的主要方法之一。本文利用数值模拟的方法，研究了单水源城市供水管网中的断流和非断流停泵情况下的水锤问题，并提出了相应的解决方案。
3.研究方法
3.1模型建立
本文所研究的供水管网系统由水源、管道网络、水泵、阀门、设备等组成。在管道网络中，有两个节点分别表示供水点和用户点。建立模型时，采用公式法计算管道的关键参数。由于断流和非断流停泵引起的水锤现象是不同的，因此需要分别建立断流和停泵的模型。
3.2模拟过程
（1）断流情况下的水锤模拟
当管道中出现断流时，由于度量面积的突然变化，管道中的液体将产生波动，最终形成水锤现象。在数值模拟中，采用SteadyState方法模拟管道中的液体流动，然后引入突然的阻塞，模拟