输水系统水力瞬变精细化模拟及防控实验平台

输水系统水力瞬变精细化模拟及防控实验平台河海大学水利工程学科建设的重要内容之一，依托水利部重点实验室、河海大学水力发电实验中心的条件，设计和搭建输水系统水力瞬变的精细化模拟及防控技术实验平台，从而实现输水管道系统可能出现的各类水力瞬变现象的精细化模拟及有效防控技术研究。本平台一期规划使用面积约54（13.5m*4m）平米。本期规划包含两套实验管道，分别为钢管和有机玻璃管，两套管道长度约为250m，每套管道均为12层；钢管布置在外侧，有机玻璃管布置在内侧，使用同一套固定支架做固定支撑。

该实验系统主要由三部分组成：1.输水系统稳压设备；2.控制和测量平台；3.管道系统。输水系统稳压设备包括两个压力罐（高水头可达1.6MPa）、一台井用潜水泵、两台并联立式多级泵及其附件设备，可实现各种复杂瞬变流现象试验中的重力流和有压流边界条件，并保证高压、稳压供水。控制和测量平台包括水泵和阀门控制柜、传感器（压力、流量、加速度、应变）和数据采集系统，用于实现泵、阀的自动和联动控制，数据的测量、采集和后处理。管道系统包含两套长度均在250m左右、内径5cm的不锈钢管系统和有机玻璃管系统，以及管道中的各类阀门，用于研究不同类别或不同管材下的各类水力瞬变现象。

2. 主要功能介绍

本实验平台涉及水力瞬变各类复杂问题及安全防控研究。针对水力瞬变机理与特性规律研究主要包括：管道水锤、水气两相流（含滞留气团、均质流、气阻、气泡流）、液柱分离与弥合、泄漏和阻塞、流固耦合、明满混合流等；针对水力安全防控措施，主要研究阀门（空气阀、泄压阀、调压阀）、调压装置（调压井、调压室）的工作特性与管道系统的水力参数。

2.1 水力过流特性及水力瞬变研究

（1）研究稳态及瞬态工况下阀门的流量特性、开度特性、不同开度下的阻力系数及泄漏测试；

（2）研究稳态工况下管件流量-阻力特征测试，即稳态管道摩擦系数校核；

（3）研究瞬态工况下管道动态摩阻特性；

（4）研究粘弹性管道中水体的瞬态特性，粘弹性管道的蠕变参数变化规律。

2.2 气液两相瞬变流动特性研究

（1）研究管道充放水过程中水气两相耦合作用特性及变化规律，包括：管道充、放水过程中的压力和流量变化规律、气团压缩-膨胀-迁移-排放的动态特性及其运行参数的关系规律等；

（2）研究压力高点滞留气阻（in-line/off-line）或移动气阻对管道瞬态特性的影响；

（3）研究明满混合流动发生条件、瞬变特性与变化规律；

（4）研究管道均质流水体中所含气体的体积分数、气体溶解和析出对于水力瞬变的影响；

（5）研究蒸汽空穴和液柱分离产生时的瞬态特性，以及在气泡溃灭和水柱弥合时的超高压作用。

2.3 输水系统安全防护研究

（1）研究不同管道系统发生纯水锤和液柱分离条件下的流固耦合瞬变现象；

（2）研究管道故障的水力瞬变特性，包括管道泄漏、阻塞、气阻的影响，以及相互间的耦合作用；

（3）研究钢管系统末端瞬变发生处安装粘弹性管道或粘弹性支管对水锤控制的影响；

（4）研究调压室、调压阀、空气阀的水力特性及其对水锤压力控制的影响；