基于流體振蕩理論的給水管道堵塞模擬研究.pdf

1、中國圖書分類號：TU991.0國際圖書分類號：696.1.4工學(xué)碩士學(xué)位論文基于流體振蕩理論的給水管道堵塞模擬研究碩士研究生：汪芬導(dǎo)師：伍悅濱教授申請學(xué)位：工學(xué)碩士學(xué)科、專業(yè)：水力學(xué)及河流動(dòng)力學(xué)所在單位：市政環(huán)境工程學(xué)院答辯日期：2007年7月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文I摘要給水管道隨著使用時(shí)間的增加，不可避免地出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。管道堵塞不僅會(huì)影響管道正常工作狀態(tài)，降低管道系統(tǒng)的工作效率，而且還會(huì)破壞供水水質(zhì)

2、，給城市居民的身體健康帶來危害。同時(shí)堵塞會(huì)引起管道內(nèi)壓力上升，一旦管內(nèi)壓力超過管道所能承受的荷載，便會(huì)引起管道漏失，甚至爆管，不僅導(dǎo)致水資源流失，而且會(huì)嚴(yán)重威脅人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。因此對給水管道堵塞檢測的研究具有重要意義。本課題應(yīng)用流體振蕩理論，針對給水管道中的兩類堵塞，即由微生物大量繁殖、化學(xué)腐蝕及沉淀等引起有一定尺度的堵塞和由管道中閥門未完全開啟引起的堵塞，根據(jù)給水管道的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出適于堵塞檢測的數(shù)值模擬簡化模型。分別以強(qiáng)迫振蕩和

3、自由振蕩作為激勵(lì)，分析管道系統(tǒng)的響應(yīng)特性，從而判斷管道的堵塞狀況，即判斷堵塞位置和堵塞量級。針對單管系統(tǒng)中有一定尺度的堵塞，本文應(yīng)用基于強(qiáng)迫振蕩的水力阻抗法，通過對系統(tǒng)施加周期性的擾動(dòng)流量，分析測點(diǎn)處脈動(dòng)壓力振幅隨擾動(dòng)流量頻率的變化特性來檢測堵塞，歸納出確定單管系統(tǒng)中堵塞位置的計(jì)算公式，并通過改變管道的總長及管徑驗(yàn)證了該公式的正確性及適用性。當(dāng)管道堵塞位置確定后，可根據(jù)相對脈動(dòng)壓力頻率響應(yīng)曲線的波峰包絡(luò)線的波峰和波谷之差來確定堵塞量。應(yīng)

4、用Ftran語言編程，對給水管道中不同堵塞位置、不同堵塞量的各種情況進(jìn)行數(shù)值模擬。在自由振蕩方法中，引入迪拉克函數(shù)，建立了包含閥門開啟狀態(tài)的管道瞬變流控制方程，在特定的邊界條件下，求出以傅立葉級數(shù)形式表示的解析解，對其進(jìn)行傅立葉級數(shù)分析，得到各諧波在各相對周期中的振幅，由此可計(jì)算出各諧波的衰減指數(shù)；已知兩個(gè)諧波的閥門堵塞衰減參數(shù)就可以確定閥門位置和閥門開啟狀態(tài)。通過C語言編程數(shù)值模擬閥門位置和閥門開啟狀態(tài)。本文將有壓瞬變流理論與振動(dòng)理論