輸水系統(tǒng)水力瞬變精細(xì)化模擬及防控實驗平臺

輸水系統(tǒng)水力瞬變精細(xì)化模擬及防控實驗平臺河海大學(xué)水利工程學(xué)科建設(shè)的重要內(nèi)容之一，依托水利部重點實驗室、河海大學(xué)水力發(fā)電實驗中心的條件，設(shè)計和搭建輸水系統(tǒng)水力瞬變的精細(xì)化模擬及防控技術(shù)實驗平臺，從而實現(xiàn)輸水管道系統(tǒng)可能出現(xiàn)的各類水力瞬變現(xiàn)象的精細(xì)化模擬及有效防控技術(shù)研究。本平臺一期規(guī)劃使用面積約54（13.5m*4m）平米。本期規(guī)劃包含兩套實驗管道，分別為鋼管和有機玻璃管，兩套管道長度約為250m，每套管道均為12層；鋼管布置在外側(cè)，有機玻璃管布置在內(nèi)側(cè)，使用同一套固定支架做固定支撐。

該實驗系統(tǒng)主要由三部分組成：1.輸水系統(tǒng)穩(wěn)壓設(shè)備；2.控制和測量平臺；3.管道系統(tǒng)。輸水系統(tǒng)穩(wěn)壓設(shè)備包括兩個壓力罐（高水頭可達(dá)1.6MPa）、一臺井用潛水泵、兩臺并聯(lián)立式多級泵及其附件設(shè)備，可實現(xiàn)各種復(fù)雜瞬變流現(xiàn)象試驗中的重力流和有壓流邊界條件，并保證高壓、穩(wěn)壓供水?？刂坪蜏y量平臺包括水泵和閥門控制柜、傳感器（壓力、流量、加速度、應(yīng)變）和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，用于實現(xiàn)泵、閥的自動和聯(lián)動控制，數(shù)據(jù)的測量、采集和后處理。管道系統(tǒng)包含兩套長度均在250m左右、內(nèi)徑5cm的不銹鋼管系統(tǒng)和有機玻璃管系統(tǒng)，以及管道中的各類閥門，用于研究不同類別或不同管材下的各類水力瞬變現(xiàn)象。

2. 主要功能介紹

本實驗平臺涉及水力瞬變各類復(fù)雜問題及安全防控研究。針對水力瞬變機理與特性規(guī)律研究主要包括：管道水錘、水氣兩相流（含滯留氣團、均質(zhì)流、氣阻、氣泡流）、液柱分離與彌合、泄漏和阻塞、流固耦合、明滿混合流等；針對水力安全防控措施，主要研究閥門（空氣閥、泄壓閥、調(diào)壓閥）、調(diào)壓裝置（調(diào)壓井、調(diào)壓室）的工作特性與管道系統(tǒng)的水力參數(shù)。

2.1 水力過流特性及水力瞬變研究

（1）研究穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)工況下閥門的流量特性、開度特性、不同開度下的阻力系數(shù)及泄漏測試；

（2）研究穩(wěn)態(tài)工況下管件流量-阻力特征測試，即穩(wěn)態(tài)管道摩擦系數(shù)校核；

（3）研究瞬態(tài)工況下管道動態(tài)摩阻特性；

（4）研究粘彈性管道中水體的瞬態(tài)特性，粘彈性管道的蠕變參數(shù)變化規(guī)律。

2.2 氣液兩相瞬變流動特性研究

（1）研究管道充放水過程中水氣兩相耦合作用特性及變化規(guī)律，包括：管道充、放水過程中的壓力和流量變化規(guī)律、氣團壓縮-膨脹-遷移-排放的動態(tài)特性及其運行參數(shù)的關(guān)系規(guī)律等；

（2）研究壓力高點滯留氣阻（in-line/off-line）或移動氣阻對管道瞬態(tài)特性的影響；

（3）研究明滿混合流動發(fā)生條件、瞬變特性與變化規(guī)律；

（4）研究管道均質(zhì)流水體中所含氣體的體積分?jǐn)?shù)、氣體溶解和析出對于水力瞬變的影響；

（5）研究蒸汽空穴和液柱分離產(chǎn)生時的瞬態(tài)特性，以及在氣泡潰滅和水柱彌合時的超高壓作用。

2.3 輸水系統(tǒng)安全防護研究

（1）研究不同管道系統(tǒng)發(fā)生純水錘和液柱分離條件下的流固耦合瞬變現(xiàn)象；

（2）研究管道故障的水力瞬變特性，包括管道泄漏、阻塞、氣阻的影響，以及相互間的耦合作用；

（3）研究鋼管系統(tǒng)末端瞬變發(fā)生處安裝粘彈性管道或粘彈性支管對水錘控制的影響；

（4）研究調(diào)壓室、調(diào)壓閥、空氣閥的水力特性及其對水錘壓力控制的影響；