авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 ||

Экспериментальное и численное моделирование переходных процессов в кольцевых водопроводных сетях

-- [ Страница 2 ] --

Рис 4. Поверхность изменения скоростей по методу аппроксимации производных

Рис.5. Поверхность напоров по методу разделения переменных

Рис. 6. Поверхность h(x,t) с учетом трения0 при расчёте методом характеристик.

Рис.7. Поверхность изменения напоров с учетом трения. Метод Маккормака

 Лепестковая диаграмма-21

Рис. 8. Лепестковая диаграмма релевантностей

При этом рассматривались метод характеристик и метод Маккормака, так как они оба учитывают гидравлическое сопротивление и являются абсолютно сопоставимыми. Все остальные числовые параметры варьировались в пределах ±10% от наиболее ожидаемых значений (максимальные и минимальные значения в формуле (1)).

Из рис.8 видно, что величины начальной скорости vo, скорости звука с и метод расчета оказались значимыми, а диапазон их возможных значений необходимо учитывать при расчетах.

В третьей главе рассматриваются особенности расчета переходных процессов в системе водоснабжения.

Даётся обоснование расчетной схемы, наиболее адекватно учитывающей особенности переходных процессов в кольцевых сетях систем водоснабжения. Учет кольцевой структуры расчетной схемы производится путём задания граничных условий в узлах-ветвлениях. Даётся обоснование возможности задания сосредоточенного и распределенного отборов воды из сети.

Дифференциальные уравнения неустановившегося движения воды в трубопроводах задаются двумя уравнениями в частных производных:

  • уравнения неразрывности

(14)

  • уравнения движения

(15)

Переходные процессы в системах водоснабжения имеют специфические черты, связанные с:

  • наличием кольцевых структур в топологии сети;
  • распределением водопотребителей и стохастическим характером разбора воды;
  • возможностью включения высоконапорных пожарных насосов;
  • недопустимостью длительного перерыва в подаче воды и попадания загрязнений в сеть через неплотности трубопроводов;
  • наличием напорно-регулирующих сооружений, являющихся источниками отраженных волн;
  • возможностью подсоса воздуха через водоразборную арматуру при понижении давления в сети ниже атмосферного.

Отмеченные особенности учитывались путём задания соответствующих граничных условий.

Четвёртая глава посвящена моделированию переходных процессов в системах подачи и распределения воды.

Принимая во внимание реальную обстановку на сетях, делается вывод, что провести полномасштабный эксперимент на системах водоснабжения не представляется возможным ввиду наличия экономических и организационных трудностей. Особо отмечается невозможность учета влияния ряда факторов на протекание переходных процессов и невозможность изменения отдельных параметров в широких пределах при проведении натурных экспериментальных исследований, что в свою очередь не даёт полной картины происходящих в сетях переходных процессов. Указанные обстоятельства диктуют необходимость проведения моделирования переходных процессов в СПРВ на ЭВМ.

Стационарное потокораспределение может быть получено из моделирования переходных процессов методом установления.

Метод установления имеет ряд преимуществ:

  • не требуется начального приближения расходов, удовлетворяющих первому закону Кирхгофа;
  • не используется информация о кольцевой структуре сети;
  • возможно построение более адекватных моделей СПРВ, например, учитывающих специфику распределенного и сосредоточенного водопотребления; отпадает необходимость в специальной процедуре определения напоров в узлах, так как в расчете переходных процессов расходы и напоры получаются одновременно. Существенным недостатком этого метода является относительно большое время расчета.

Моделирование проводилось для существующей сети водоснабжения города Кингисеппа, план которой приведён на рис.9.

Рис. 9. План сети.

Блок-схема расчета переходных процессов приведена на рис.10.

Результаты применения метода установления приведены на рис.11.

Рис. 10 Блок-схема расчёта переходных процессов

Видно, что полученные результаты соответствуют общепринятым представлениям о процессах, протекающих в СПРВ.

Рис. 11. Процесс установления

Производилось моделирование аварийных ситуаций в СПРВ. Математическая модель аварийного режима получается из модели исправной СПРВ путем имитации аварии на одном из участков. При этом утечка рассматривается как истечение воды через отверстие с тонкой стенкой. Процесс образования разрыва представлен на рис.12.

В предыдущих главах отмечалось, что многие величины, участвующие в реализации методов расчёта, заданы приближенно. Это относится к значениям узловых расходов и скоростей звука в участках сети, характеристикам запорно-регулирующей и предохранительной арматуры, уровням воды в баках и резервуарах, утечкам из сети, диаграммам Сьютера и т.д.

Рис.12. Моделирование разрыва участка 3-4 за 1,5 сек.

В соответствии с принятым подходом, перечисленные факторы неопределенности можно рассматривать как величины и функции, принимающие значения из некоторых интервалов возможных изменений. Практический интерес представляет рассмотрение верхних и нижних границ изменения контролируемых величин во времени, образующих интервалы возможных решений. Примеры для различных величин приводятся на рис13 и 14.

 Отключение отбора в узле 10 при-27

Рис. 13. Отключение отбора в узле 10 при скоростях волн, граница изменения величин 330-870м/c

В данной главе рассматривается вопрос моделирования переходных процессов, связанных с отключением электроэнергии. Известно, что кратковременное отключение электричества может стать причиной возникновения аварий на объектах водоснабжения, подобных рассматриваемым в рамках диссертации. Рельеф города Кингисепп характеризуется относительно малыми перепадами высот, что исключает опасность значительного повышения давления при нештатной работе на насосной станции. Результаты расчёта для случая отключения электроэнергии на 2 секунды приведены на рис.15-18.

 Разрыв участка 7 при одновременном-28

Рис. 14. Разрыв участка 7 при одновременном изменении параметров (скоростей звука, узловых расходов и гидравлических сопротивлений)

Рис. 15. Отключение насоса на 2 сек, параметры у насосной станции

Анализ, полученных при моделировании данных, показал, что наибольшее повышение напора происходит в центре сети, а не у насосной станции, но из-за потерь по длине, оно меньше предельно допустимого.

Пятая глава диссертации посвящена описанию натурного эксперимента, проведённого на водопроводных сетях города Кингисепп.

Проведению исследований переходных процессов предшествовало обследование насосных станций II и III подъемов и трубопроводов водопроводной сети г. Кингисеппа Ленинградской области.

Рис. 16. Отключение насоса на 2 сек, параметры в центре сети (без выделения разрывов сплошности)

Рис. 17. Отключение насоса на 2 сек, параметры в центре сети (с выделением разрывов сплошности)

Рис. 18. Отключение насоса на 2 сек, параметры в центре сети (с выделением разрывов сплошности и с учетом зависимости отборов от напоров)

Учитывая специфику объекта, эксперименты проводились в ночное время. При пространственном разнесении насосной станции и места регистрации давления, временная синхронизация осуществлялась по сигналам точного времени радио-эфира.

В главе приводится описание измерительного оборудования с его характеристиками. Проводится оценка ошибок измерения, таких как: давления, времени, скорости распространения ударной волны.

Эксперименты проводились для следующих случаев: отключение одного из двух параллельно работающих насосных агрегатов, одновременное отключение двух параллельно работающих насосных агрегатов, отключение одного работающего насоса.

В первом случае имитировалось плановое отключение насосного агрегата.

Во втором случае имитировалось аварийное отключение насосной станции. Воспроизводилось условие протекания переходных процессов при аварийном отключении электроэнергии.

В третьем случае имитировалась аварийная остановка насосного агрегата.

В первом случае при работе двух насосных агрегатов №2 и №3 расход воды насосной станции составлял 1420 м3/ч. Во втором случае при работе тех же насосных агрегатов расход равнялся 1275 м3/ч. В третьем случае при подаче воды одним насосным агрегатом № 3 расход станции был равен 1060 м3/ч.

Порядок проведения исследований:

включение аппаратуры, проверка исправности;

установка нулевых значений на шкале приборов;

проверка прохождения импульсов;

установление выбранного режима работы системы;

фиксировались начальные показания;

производилось отключение насосных агрегатов;

запись продолжалась в течение 45...300 секунд;

производилась предварительная оценка полученных записей, на основании которых принималось решение о повторении режима или о переходе к следующему режиму.

Обработка сводилась к определению значений давлений в различных точках системы и времени добегания волн гидроудара от одного датчика до другого.

При проведении экспериментов давление измерялось в трех точках: на напорной линии насоса №3 перед обратным клапаном -датчик давления №1, на напорной линии насоса №3 после обратного клапана - датчик давления №2, на левом напорном водоводе -датчик давления №3.

План насосной станции приведён на рис.19, результаты натурного эксперимента приводятся на рис20-23.

Рис.19. План насосной станции II подъёма

Рис. 20. Насосная станция II подъёма. Отключение насосных агрегатов №2 и №3: 1 – давление в напорной линии перед клапаном (атм), 2 – давление в напорной линий после клапана, 3 – давление в левом напорном водоводе.

Рис.21. Отключение насосных агрегатов №2 и №3.

1– давление в напорной линии перед клапаном (атм), 2 – давление в напорной линий после клапана, 3 – давление в левом напорном водоводе

При анализе получившихся данных видно, что они в целом соответствуют нашей модели в первые секунды гидравлического удара, дальнейший процесс зависит от слишком многих факторов, основные из которых планируется учесть в дальнейшем.

 Отключение насосного агрегата №3.-36

Рис. 22. Отключение насосного агрегата №3. 1– давление в напорной линии перед клапаном (атм), 2 – давление в напорной линий после клапана, 3 – давление в левом напорном водоводе

Из рис. 21 – 22 следует, что после отключения насосных агрегатов давление за ними сначала резко падает, а затем медленно повышается. Эти явления отражают тот факт, что после отключения насосов, вода относительно медленно сливается из стояков зданий, компенсируя изменения давления в сети, волны которого распространяются и достигают насосной станции. Изучение этого эффекта требует дальнейших дополнительных исследований.

Рис. 23. Водопроводная сеть. Остановка насосных агрегатов №2 и №3.

1 – датчик давления №1(мастерские); 2 – датчик давления №2 (колодец)

Из рисунка 23 видно, что давление в центре сети изменяется не почти мгновенно, а медленно, приближенно по линейному закону.

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

  1. Повышение давления в напорных системах водоподачи с насосными станциями, как правило, происходит при переходных процессах, возникающих при плановых и аварийных остановках насосных агрегатов.
  2. Опыт их проектирования и эксплуатации показал, что при аварийных остановках насосных агрегатов в трубопроводах могут возникнуть разрывы сплошности потока, и, как следствие этих разрывов, значительное повышение давления.
  3. В настоящее время разработано достаточное количество методов интегрирования уравнений в частных производных гиперболического типа, и их систем, к которым сводится задача расчёта переходных процессов в инженерных сетях. Наибольшие погрешности моделирования переходных процессов могут быть связаны с постановкой задачи и неточностью её параметров.
  4. При расчетах переходных процессов в условиях неопределенности особое внимание следует уделять вариациям расходов и скоростей распространения волн. Начальные напоры и коэффициенты гидравлических потерь на трение в первом приближении можно принимать постоянными. Влияние на результаты может оказывать метод расчета.
  5. Учет кольцевой структуры расчетной схемы рекомендуется производить путем задания граничных условий в узлах-ветвлениях.
  6. Проведено теоретическое обоснование проведения расчетов, описывающих протекание переходных процессов в кольцевых водопроводных сетях для различных расчетных случаев в широком диапазоне вариации параметров.
  7. Основной неопределенностью при интегрировании дифференциальных уравнений переходных процессов в кольцевых сетях является задание граничных условий в узлах сети.
  8. Не исключены случаи, когда наибольшее повышение давления при временном отключении электроснабжения на насосной станции возникает в центре сети, их необходимо включить в ряд расчетных.
  9. Описана методика натурных исследований и экспериментальная техника, которая использовалась для решения задач в рамках классической гидравлики.
  10. Эксперименты показали, что при относительно длительных отключениях насосных агрегатов резкое изменение давления в кольцевых сетях сглаживается подпиткой воды из стояков внутренней сети.
  11. Выполненная оценка точности измерения и определение предельных ошибок по всем параметрам при эксплуатации систем водоснабжения г. Кингисеппа показала, что их величины находятся в приемлемом диапазоне, что позволяет не сомневаться в достоверности результатов.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Работы в изданиях, рекомендованных перечнем ВАК РФ:

  1. Лиханов, Д.М. О значимости факторов, влияющих на переходный процесс в простом трубопроводе [Текст] / Карамбиров С.Н., Бегляров Д.С., Лиханов Д.М // Природообустройство, Научно – практический журнал № 2, 2010. – С 40 – 48.
  2. Лиханов, Д.М. Численное моделирование переходных процессов в кольцевых водопроводных сетях [Текст] / Карамбиров С.Н., Лиханов Д.М // Природообустройство. Научно – практический журнал № 3– 2010. – С 58 – 63.
  3. Лиханов, Д.М. Проблемы моделирования переходных процессов в кольцевых сетях систем водоснабжения [Текст] / Карамбиров С.Н., Лиханов Д.М // Вестник гражданских инженеров. № 2 (23). — 2010.— С. 150–155.

Другие работы:

  1. Лиханов, Д.М. Сравнительный анализ методов интегрирования уравнений переходных процессов в напорных трубопроводах [Текст] / Карамбиров С.Н., Лиханов Д.М // Доклады 66-й научной конференции профессоров, преподавателей, научных работников, инженеров и аспирантов университета / Санкт-Петербургский госуд. архит.-стоит.ун-т.Ч.II/ СПб., 2009. С 60 – 65.
  2. Лиханов, Д.М. Экспериментальные исследования переходных процессов, возникающих при отключении основных агрегатов на насосной станции второго подъема в водопроводной системе города Кингисеппа. [Текст] / С.Н.Карамбиров, Д.С. Бегляров, Д.Ш. Апресян, Д.М. Лиханов // Природообустройство, Научно – практический журнал № 4, 2008 – С. 37 – 40.

Московский государственный университет

Природообустройства (МГУП)

® Зак. № Тираж 100



Pages:     | 1 ||
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.