输油管道瞬变流第二章

H a V g
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2.4 长输管道水击的特点和产生原因
（1）特点 压力波反射时间长 不能忽略摩擦损失的影响（衰减） 要考虑充装的影响
充装压力
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2.4 长输管道水击的特点和产生原因
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2.4 长输管道水击的特点和产生原因
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作业： 1、分析压力波传播速度的影响因素 要求：自己设计一个简单的管道，选取 参数，进行各种影响因素分析。 2、根据自己设计的管道计算惯性水击压 力，讨论波速和速度变化的影响。
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水击 波速度也称为压力波速度。
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2.2 水击波传播波速
k、D、E、 、 及 对其均有影响。 Nhomakorabea例如：D=750mm，E=207*109 Pa，k= 2.2*109 Pa，
=6.35mm, =998.2kg/m3, =0.3
管子在上游固定：a=1032.7m/s 管子处处固定：a=1014.4m/s 管子膨胀连接：a=988.6m/s 公式适于的薄壁金属管。
如图表示具有固定液面的油 罐、水库或水塔，沿长度为 L， 直径为 d的等直径管路流向大气 中，管路出口装有控制阀门。以 图为例，说明压力波传递过程。
2 .1 水击的基本过程
短管水击的描述 例如：一列以一定速度前进的老式火车列车，由于某种原因而使
机车急刹车时的情况。 周期（水击周期、管路周期）
t 4L a
（2）产生原因 正常启停泵 正常开关阀门 事故停泵或停电 意外事故关阀（误动作、误操作、损坏） 停输和启动管道 正常运行调节 管道泄漏（断管）、启停分输和注油操作 顺序输送中混油经泵
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2.6 管道密闭输油与水击事故控制过程
（1）密闭输油特点 （2）管道控制单元 （3）管道安全保护系统 （4）SCADA系统超前保护
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水击现象
一、水击的产生
水击现象：当由于某种原因引起管路中流速 突然变化时，例如快速开关阀门、停泵或突然 断电，都会引起管内压力突然变化，造成水击。 当急剧升降的压力波波阵面通过管路时，产生 一种声音，犹如用锤子敲击管路时发出的噪音， 称之水击，亦称水锤。
说明： （1）考虑液体的压缩性和管壁的弹性。 （2）水击中的液流参数随时间和位置变化，为不稳定流动。 （3）水击压力以压力波的形式在管内传播。
2、按水击成因的外部条件，分为启动水击、关阀 水击和停泵水击三种；
3、按水击波动的现象，分为液柱连续的水击现象 (无液柱分离)和液柱分离的水击现象(断流弥合水击)；
4、按水击水力特性，分为刚性水击理论和弹性水 击理论两种。
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2.2 水击波传播波速 a—波a速，k—体( Ek积Dk弹 性1系) 数； ——液壁体厚密；度E—；管D材—的管弹径性；模量； —管子的支撑系数。
第二章 输油管道水力瞬变的基本概念
2 .1 水击的基本过程 水击波现象
波动是物质的一种运动形式，也是能量传递的一种方式， 而振动是产生波动的根源。 机械波：由于机械振动在弹性介质中引起的波动过程；波源 和介质 电磁波：由于电滋振荡所产生的交替变化的电场和磁场在空 间的传播过程。
应特别提出，波动传播时，各质点仅在它们各自的平衡 位置附近振动，并没有在波动传播方向流动或继续前进，即 波动是运动状态的传播过程而不是运动质点的流动。
2l/a < t < 3l/a
池←阀 V0 →0 ↓ 池←阀 减速减压 膨胀 收缩
四
3l/a < t < 4l/a 池→阀 0→ V0 ↑恢复 池→阀 增速增压 恢复 恢复
9
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2 .1 水击的基本过程 水击分类
1、按关阀历时与水击相的关系，分为直接水击和 间接水击两种；
输油管道瞬变流 第二章
第二章 输油管道水力瞬变的基本概念
在稳定流动中，管道中任一点参数不随时间变化；而在瞬变流里， 任意截面的参数可随时间变化。可以说，瞬变流动是绝对的，稳定流动 是相对的，瞬变流动必须满足瞬变流方程，而稳定流动是瞬变流动的特 例。
对于液体管道的瞬变流动常称为水击。
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t 2L a
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阶段
一
图
时间
V0方向 V0大小 压强 a方向 运动状态 液体状态 管壁状态
0 < t < l/a
池→阀 V0 →0 ↑ 池←阀 减速升压 压缩 膨胀
二
三
l/a < t < 2l/a
池←阀 0→ V0 ↓恢复 池→阀 增速减压 恢复 恢复
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设气液压力相等，即：气泡不膨胀也不压缩
kl
PMR、--单气T-位体管体常a道积数某内。时的刻1气、体某m质点Rp量的T；压(力kpl和l温1度) ；
kl d
E
含气管道的水击波传播速度
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2.3 惯性水击压力
取控制体 按动量原理进行推导 瞬变流基本方程为：
例如对某油液( Kl 1.8103 MPa )，混有一定量的气 体，作用10MPa压力后，油液的温度不变， 则 Kg 10MPa，这样，混气油液的体积弹性模量为：
1 Vg Vm 1 Vg Vm Km 10 1.8103
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2.2 水击波传播波速
由此可以计算出不同混入气体量时的体积弹性模量 如下表所示。该例说明在一定压力下，油液夹带1％气体 时弹性模量降为纯油的35．6％，夹带4％气体时则仅为 纯油液她12．2％。
波速公式实际上反映了管壁弹性对波速的偶合作用
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2.2 水击波传播波速
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2.2 水击波传播波速
1 Km
V0 Vm
1 K g
Vl Vm
1 Kl
Vg Vm
1 K g
1
Vg Vm
1 Kl
液体中即使含有极少量的气体，也要极大地影 响混气液体的体积弹性模量，从而影响压力波的传 递速度。