松城供水工程管线水锤压力的计算机数值模拟

李晓雷，吴建华

（太原理工大学水利科学与工程学院，山西 太原 030024）

1 概述

松城灌区以第二松花江为水源，设有2座泵站，即渠首松城一级站、松城二级站。渠首一级站为灌排结合泵站，该站将第二松花江水提升后，通过总干渠将水输送到松城二级站。一级泵站输水管材采用的是钢管。本文研究在蝶阀和空气阀不同关阀规律条件下，模拟计算区段的水锤压力，提出松城供水工程输水管线防护水锤的优化方案。

2 水力过渡过程数值模拟的原理

2.1 特征线法的计算原理

本文利用特征线法将运动偏微分方程和连续偏微分方程变换为全微分方程，用差分方法借助计算机算出任一瞬时各断面上的水力参数。

图1 x-t坐标系中的水锤特征线

设A、B和P为管道上两个相邻的断面[1]，断面间的距离为△x。如果在t0时刻A断面和B断面处的水头H和流量Q已知，根据下列正、负水锤特征方程联立求解，即可求得t0+△t时刻管中p断面的水头H和流量Q，即：

式中：C：水锤波波速；

Cf：管路摩阻系数；

A：管径过流断面积。

联立求解方程式（1）和（2），即可根据管路A点和B点在时的已知值 QA，HA，QB，HB，求出 t0+△t时的管路 P 点的 Qp，Hp值为：

2.2 空气阀边界条件

空气阀的边界条件是很复杂的，为了简化过程，先做一些假定：①空气等熵地流进流出阀门；②管内气体的变化遵守等温规律；③进入管道的空气留在它可以排出的阀附近；④液体表面的高度基本不变，而空气的体积和管段里的液体体积相比很小[2]。流过空气阀的流量质量可分4种情况：

（1）空气以亚音速等熵流进（P0＞P＞0.152 83P0），则