水利水电工程的水力瞬变仿真与控制

前言

绪言

第1章水力机械的基本知识及其过渡过程概念

1.1水力机械的工作特点及其相似性

1.2水轮机的单位参数

1.3泵参数之间关系

1.4水力机械的比转速

1.5水力机械的特性曲线

1.6水力机械工作环境及其过渡过程的种类

1.7水利水电工程过渡过程数字仿真的意义

参考文献

第2章管道瞬变流

2.1瞬变流计算用基本方程

2.2管道瞬变流特征线法

2.3传递函数形式的压力管道数字模型

参考文献

第3章复杂管网系统组成及其边界条件

3.1引水系统的组成

3.2基本边界条件

3.3多管系统中的补充边界条件

3.4变特性串联管系的近似方法

参考文献

第4章系统调压元件的瞬变模型

4.1调压室的功用及设置调压室的原则

4.2调压室的水位波动及对调压室的基本要求

4.3调压室的基本布置方式及其类型

4.4调压室动态数学模式

4.5气垫式调压室

4.6进气阀对水锤的防护模型

参考文献

第5章明流、明流管道流的联合计算及明满交替流计算

5.1明渠流基本方程

5.2明渠流特征线显式格式

5.3普赖斯曼有限差分格式

5.4明渠流与管道流联合计算模型

5.5明满交替流动的数值解法

5.6明满流特征隐式格式法矩阵方程自生成系统

5.7明满交替流计算模式的试验验证

5.8工程应用实例及尾水洞洞型优化

参考文献

第6章叶片式水力机械边界模型

……

第7章水力机械的调节方式及导叶和桨叶的运动方程

第8章线性系统小波动状态空间法数字仿真

第9章计算机控制系统—离散连续系统的仿真计算

第10章大波动过渡过程的优化和计算

第11章水轮发电机组导叶最优控制

第12章双重调节机瞬变过程的数字仿真

第13章自适应建模与程序通用化

第14章各类水力机械装置系统动态仿真范围、极值工况及仿真计算的参考标准2100433B

本书可供水利水电类专业的本科和研究生阅读，特别可供水利水电系统中工作的各类科技人员参考，以便各类专业人员互相沟通和共同理解，以利发展综合性很强的水利水电工程系统动态仿真学科的研究并为生产实际服务。

控制水力瞬变的常用方法是：

1. 合理选择控制阀门，包括水轮机导叶和水泵逆止阀的启闭规律;

2. 在水电站管道上设置普通调压室或气垫式调压室;

3. 在泵站管道上设置单向调压室和蓄能器(空气罐);

4. 采用减压阀;

5. 设置空气阀或真空破坏阀防止液体汽化;

6. 增大管径;

7. 增大机组转动惯量等。

这些方法可以单独使用，也可以同时采用几种方法，需通过多种方案的技术经济比较确定。 2100433B

水电工程中的管道水力瞬变问题，主要有水轮机突甩负荷和水泵事故断电(又称为动力丢失)，调压室系统的涌浪波动，管道系统的水力振荡。

在水力瞬变过程中可发生下述现象：

1. 管道水压急剧上升;

2. 水压急剧下降到蒸汽压力而导致液体汽化和液柱分离，并在液柱重新聚合时产生巨大的冲击压力;

3. 管道水力共振;

4. 水轮机机组转速上升超过允许值，或水泵反向飞逸转速超过允许值。这些现象可导致管壁破裂、水轮机和泵部件损坏，造成灾难性事故，应在设计和运行中尽量避免。

分析水力瞬变问题时，须考虑管道边界条件，如水库、管道分叉、阀门、调压室(包括气垫式)、水泵或水轮机特性(一般由模型转轮试验特性曲线确定)、机组转动惯量(GD2)以及调速器特性等的影响。