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水力瞬变概述

瞬变是指水力系统中出现的介于初始恒稳态状态和最终恒稳态状态之间的暂时流量和压力状态。当流速随着流量控制装置的运行(例如,阀门关闭或水泵启动)而迅速变化时,液体的可压缩性和管道的弹性会导致瞬时压力波在整个系统中传播。如果该瞬时压力波和由此产生的瞬时流量变化的幅度足够大,并且没有采取充分的瞬时控制措施,则瞬变可能会导致系统水力组件发生故障(例如,管道爆裂)。

通常,由相对缓慢的流量率变化引起的瞬变称为喘振,而由较快的流量率变化引起的瞬变称为水锤事件。加压系统中的喘振不同于开放性水域可能发生的潮汐或风暴潮、洪水波或大坝决堤。水锤波在加压系统中的传播速度更快,即使是最强的管道也可能爆裂。在一般工程实践中,喘振、瞬变、锤和水锤是同义的。

输送任何流体的加压系统中都可能会发生瞬变,包括以下系统:

  • 水(原水或经过处理的水)系统 — 输送管线,包括增压站、低水头水泵和水处理厂中的管道,或高扬程泵站及相连管网或带分支和循环管道的分配系统。
  • 废水(污水)系统 — 加压污水干管、在重力作用下流动的超载下水道以及部分加压和部分明渠的下水道。
  • 组合式下水道和隧道 — 处于超载状态的组合式下水道,带有深井泵站,从地面下水道系统到竖井的随时间变化的入流,以及大型蓄水室或深隧道输送或蓄水系统。
  • 水力发电系统 — 压力管、涡轮和尾水渠,包括球阀。
  • 泥浆或油泵送系统 — 矿浆和尾矿回收管线、输油管道、机场加油系统和液化天然气 (LNG) 泵送系统。
  • 工业流体系统 — 闭环、加热器、冷却器、锅炉、蒸汽和其他水输送或热电联供系统。这需要专用版本的 Bentley HAMMER CONNECT 来跟踪流体的热量。执行瞬时分析对操作员的安全至关重要。

Bentley HAMMER CONNECT 已广泛用于分析和设计给排水系统,以及泥浆和油输送系统。GENIVAR 使用定制版本分析了蒸汽、工业和热电联供系统,并计算了地上锚固件上的瞬时力。