基于有限体积法的含无压段泵站水锤模拟及调压井优化

• Published in: 农业工程学报 Vol. 39; no. 20; pp. 66 - 75
• Main Authors: 周领, 王小龙, 张海丽, 胡垠盈, 吴金远, 车同川
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 河海大学水利水电学院,南京 210098 01.10.2023; 长江保护与绿色发展研究院,南京 210098%河海大学水利水电学院,南京 210098%中水珠江规划勘测设计有限公司,广州 510635%上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司,上海 200092
• Subjects: 阻抗式调压井; Godunov scheme; 模型; 泵站; pump station; model; 输水系统; 水锤; Godunov格式; water hammer; water supply system; throttled surge chamber
• ISSN: 1002-6819
• DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202304185

TV134.1%S277.7; 针对含无压段的泵站输水工程水锤模拟常采用特征线法,且往往忽略动态摩阻和有压-无压相互干扰影响的问题,该研究建立了考虑动态摩阻的二阶有限体积法模型,进行有压段-无压段实时联合计算.首先,采用二阶Godunov格式分别对有压流、无压流流动控制方程进行求解,同时考虑了动态摩阻效应以准确模拟水力瞬变过程中的能量耗散,并进行试验验证.进一步地,对有压段、无压段交接处采用变时步法传递数据,结合实际工程对阻抗式调压井的尺寸、位置进行了敏感性分析.结果表明:考虑动态摩阻效应后模型模拟结果与试验结果基本一致,阀门处水锤压力误差最大值仅有4.58％;与特征线法相比,二阶Godunov格式稳定性更高,库朗数小于1.0时水锤压力只有轻微的数值衰减.本文建立的有压段-无压段实时联合计算方法能够充分考虑有压段出水池水位变化以及无压段倒流的影响.针对水泵失电工况,对阻抗式调压井进行的优化研究表明,随连接管直径增大,系统内最大压力水头、调压井最高涌浪水位和水泵最大反转转速增大,调压井最低涌浪水位降低;随调压井直径增大,最高涌浪减小,最低涌浪增高,最大压力在连接管直径较小时一直降低,在连接管直径较大时先减小后增大;当连接管管径3.5 m,调压井直径15 m时,既能满足系统控制参数要求,也能减少工程量.调压井位置离泵站越近,最大压力、反转转速、最高涌浪越大,最低涌浪越小,当调压井布置在泵后1.0 km时,最高涌浪水位会达到172.35 m,不满足控制标准要求.综上,建立的模型具有较高的准确性、稳定性和适用性,研究结果可为含无压段泵站输水工程的水锤模拟提供参考.