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第一章 绪论1

1-1 水锤的基本概念及水锤事故1

1-2 水锤分析的重要性3

1-3 水锤研究的历史及现状5

1-3-1 水锤研究的历史5

1-3-2 水锤研究的现状6

第二章 水锤分析的基本理论和方法9

2-1 一维不定常流动的基本微分方程9

2-1-1 运动方程9

2-1-2 连续方程11

2-2 水锤波在管道中的传播13

2-2-1 波动方程水锤波的传播速度14

2-2-2 水锤波的反射与通过16

2-3 简单管路中的水锤波23

2-3-1 末端阀门瞬时关闭产生的水锤波23

2-3-2 阀门逐渐关闭时的水锤28

2-3-3 末端阀门开启时的水锤30

2-3-4 含气液体中的波速、气体释放31

2-4 特征线解法34

2-4-1 特征线方程34

2-4-2 有限差分方程36

2-4-3 基本边界条件的处理38

2-5-1 在单管上的应用43

2-5 特征线法在实际管线中的应用43

2-5-2 在复杂管系中的应用44

2-6 大摩擦和衰减49

2-6-1 衰减和管线填充49

2-6-2 摩擦项积分的二阶近似51

2-7 带插值的特征线法53

2-8 泵引起的水锤计算56

2-8-1 离心泵的无量纲全特性曲线57

2-8-2 停泵计算用的方程62

2-8-3 管线中的单泵65

2-8-4 串联泵系统68

2-8-5 并联泵系统70

2-9-1 集中元件71

2-9 蓄能器和冷凝器的边界71

2-9-2 考虑惯性和耗散的蓄能器75

2-9-3 水冷凝器76

第三章 防水锤止回阀的研究79

3-1 研究目的普通止回阀的缺陷79

3-2 新阀的设计思想和结构研究80

3-2-1 新阀的设计思想80

3-2-2 阀门的结构特点和工作原理80

3-3 阻力特性的试验研究83

3-3-1 试验的理论依据83

3-3-2 试验装置85

3-3-3 试验测量系统及仪器85

3-3-4 结果及分析87

3-4 针阀流量系数的试验研究90

3-4-1 试验模型91

3-4-2 试验装置与测量仪器91

3-4-3 针阀流量系数的估算和试验结果92

3-5 防水锤关阀特性的计算和软件编制95

3-5-1 关阀特性及管网水锤计算的目的95

3-5-2 计算模型和基本方程组96

3-5-3 求解方案及结果101

4-2 设计要求103

4-2-1 阀门所在系统103

4-1 研究目的103

第四章 新型防水锤偏心蝶阀的研究103

4-2-2 阀门的设计思想和要求104

4-2-3 阀门的结构特点和工作原理104

4-3 阀门阻力特性的试验研究107

4-3-1 概述107

4-3-2 试验的理论依据107

4-3-3 试验装置109

4-3-4 试验测量仪器110

4-3-5 试验结果分析110

4-4 水冲力矩的确定112

4-4-1 简介112

4-4-2 测量水冲力矩的试验研究112

4-5-2 数学物理模型和基本方程组120

4-5 防水锤关阀特性的优化计算120

4-5-1 关阀特性优化的目标120

4-5-3 上下游的边界条件129

4-5-4 程序设计要点及计算框图129

4-5-5 计算结果和工业性试验的验证130

第五章 长输水管线的水锤分析133

5-1 研究目的133

5-2 系统简介134

5-3 事故工况下的水锤计算和分析136

5-3-1 停泵水锤计算及结果136

5-3-2 不变波速的液柱分离139

5-4 水锤的防护措施140

6-1 密闭输油的先进性及其存在的问题149

第六章 多泵站长距离的密闭输油管线的水锤149

6-2 水锤数值模拟分析的目的150

6-3 输油管线和泵站的瞬变计算152

6-4 事故工况下水锤计算的软件编制159

6-5 输油管线工业性水锤试验164

6-6 结论168

第七章 管道中的空泡溃灭水锤170

7-1 空泡的形成与溃灭170

7-1-1 空泡的形成170

7-1-2 空泡溃灭水锤及其危害性172

7-2-1 气泡均匀分布模型的基本方程174

7-2 气泡均匀分布模型174

7-2-2 特征线解法175

7-2-3 Lax-Wendroff两步法177

7-3 气泡离散布置模型181

7-3-1 基本假设和气泡体积计算181

7-3-2 模型的数学处理182

7-3-3 实验验证184

7-4 用VOF法计算截留蒸汽团溃灭水锤185

7-4-1 蒸汽泡的形成与溃灭过程185

7-4-2 管中液体运动的数学模型186

7-4-3 确定自由液面形状的VOF法190

7-4-4 边界条件的数学处理194

7-4-5 蒸汽泡的溃灭计算197

第八章 城市热水供热网的水锤分析200

8-1 研究背景200

8-2 热水供热网系统的水锤分析201

8-2-1 最简单的热水供热模型及其水锤201

8-2-2 热水供热网诱发水锤的原因203

8-2-3 索引编码用于热网的水锤分析203

8-2-4 基本方程和边界条件205

8-2-5 供热网水锤分析计算的数理模型和模拟计算工况207

8-2-6 计算结果208

8-2-7 供热网水锤的防护措施211

9-1 研究背景212

第九章 核电厂液体冷却循环系统的水锤分析212

9-2 压水堆、快堆核电厂冷却循环系统213

9-2-1 压水堆核电厂液体换热循环系统213

9-2-2 快速增殖反应堆换热液体循环系统216

9-3 国外核电厂的水锤事故及分析216

9-3-1 事故调查216

9-3-2 美国SanOnofre核电厂严重的水锤事故218

9-4 压水堆核电厂一回路的水锤分析221

9-4-1 一回路示意图及说明221

9-4-2 一回路停泵关阀的水锤模拟224

9-5 压水堆核电厂主蒸汽回路在负载调节时的汽锤计算231

9-5-1 二回路系统231

9-5-2 主蒸汽回路在负载调节时的汽锤计算233

9-5-3 蒸汽一元流动的基本方程234

9-5-4 边界条件236

9-5-5 初值计算241

9-5-6 模拟工况242

9-6 二回路主给水系统水锤计算243

9-6-1 概述243

9-6-2 系统243

9-6-3 主给水系统中的重要设备245

9-6-4 主给水系统水锤分析的数理模型、基本方程组及边界处理248

9-6-5 摩擦项的修正253

9-6-6 模拟工况计算说明及计算结果分析253

9-7-2 三回路中产生水锤的主要原因256

9-7 核电厂三回路水锤计算分析256

9-7-1 核电厂三回路系统256

9-7-3 三回路的水锤模拟计算257

9-7-4 三回路计算系统模型259

9-7-5 模拟事故工况和计算结果260

9-8 快堆各回路系统的水锤分析262

9-8-1 快堆的工作原理262

9-8-2 发展快堆的优越性及意义263

9-8-3 国内外快堆发展的现状264

9-8-4 快堆各回路系统265

9-8-5 快堆各回路水锤计算数理模型的建立及边界处理268

9-8-6 模拟工况计算结果274

9-9 压水堆核电厂水锤分析的试验研究279

9-9-1 水锤模拟试验的分类和目的279

9-9-2 一回路停泵关阀水锤试验研究280

9-9-3 主蒸汽回路中主汽门突然关闭的汽锤试验281

9-9-4 压水堆核电厂三回路水锤试验283

9-10 火电厂冷却回路的水锤285

第十章 流体瞬变与管道振动286

10-1 流体的振荡运动286

10-1-1 振荡流动的线性方程286

10-1-2 流体管路系统的频率响应分析291

10-2-1 气流脉动与管道振动的危害性296

10-2 气流脉动与管道振动296

10-2-2 气流脉动计算298

10-2-3 简单管系的结构固有频率300

10-2-4 复杂管系的结构固有频率计算304

10-2-5 气柱固有频率305

10-2-6 气流脉动的消减方法314

10-2-7 管道振动的消减318

10-3 水锤与管道结构的相互作用319

10-3-1 基本方程320

10-3-2 特征线差分法324

10-3-3 边界条件326

10-3-4 简单管道中水锤与管道的相互作用329

第十一章 管道支撑设计和水锤防护规程研究334

11-1 研究目的334

11-1-1 研究支撑方式的必要性334

11-1-2 研究水锤防护、监测运行规程准则的必要性334

11-2 核电厂管道支撑方式的类型335

11-3 控制操作系统及运行规程设计的防水锤性能342

11-3-1 概述342

11-3-2 研究内容343

附录A单管计算程序345

附录B单泵计算程序348

参考文献356

索引362