輸水系統水力瞬變精細化模擬及防控實驗平臺

輸水系統水力瞬變精細化模擬及防控實驗平臺河海大學水利工程學科建設的重要內容之一，依托水利部重點實驗室、河海大學水力發電實驗中心的條件，設計和搭建輸水系統水力瞬變的精細化模擬及防控技術實驗平臺，從而實現輸水管道系統可能出現的各類水力瞬變現象的精細化模擬及有效防控技術研究。本平臺一期規劃使用面積約54（13.5m*4m）平米。本期規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，有機玻璃管布置在內側，使用同一套固定支架做固定支撐。

該實驗系統主要由三部分組成：1.輸水系統穩壓設備；2.控制和測量平臺；3.管道系統。輸水系統穩壓設備包括兩個壓力罐（高水頭可達1.6MPa）、一臺井用潛水泵、兩臺并聯立式多級泵及其附件設備，可實現各種復雜瞬變流現象試驗中的重力流和有壓流邊界條件，并保證高壓、穩壓供水。控制和測量平臺包括水泵和閥門控制柜、傳感器（壓力、流量、加速度、應變）和數據采集系統，用于實現泵、閥的自動和聯動控制，數據的測量、采集和后處理。管道系統包含兩套長度均在250m左右、內徑5cm的不銹鋼管系統和有機玻璃管系統，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象。

2. 主要功能介紹

本實驗平臺涉及水力瞬變各類復雜問題及安全防控研究。針對水力瞬變機理與特性規律研究主要包括：管道水錘、水氣兩相流（含滯留氣團、均質流、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、調壓閥）、調壓裝置（調壓井、調壓室）的工作特性與管道系統的水力參數。

2.1 水力過流特性及水力瞬變研究

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

（2）研究穩態工況下管件流量-阻力特征測試，即穩態管道摩擦系數校核；

（3）研究瞬態工況下管道動態摩阻特性；

（4）研究粘彈性管道中水體的瞬態特性，粘彈性管道的蠕變參數變化規律。

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律，包括：管道充、放水過程中的壓力和流量變化規律、氣團壓縮-膨脹-遷移-排放的動態特性及其運行參數的關系規律等；

（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特性的影響；

（3）研究明滿混合流動發生條件、瞬變特性與變化規律；

（4）研究管道均質流水體中所含氣體的體積分數、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生時的瞬態特性，以及在氣泡潰滅和水柱彌合時的超高壓作用。

2.3 輸水系統安全防護研究

（1）研究不同管道系統發生純水錘和液柱分離條件下的流固耦合瞬變現象；

（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）研究鋼管系統末端瞬變發生處安裝粘彈性管道或粘彈性支管對水錘控制的影響；

（4）研究調壓室、調壓閥、空氣閥的水力特性及其對水錘壓力控制的影響；