Przepływy nieustalone w kanałach i rurociągach siłowni wodnych

  • Dodaj recenzję:
  • 4484
  • Producent: Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej
  • Autor: Stefan Bednarczyk
  • Cena netto: 27,62 zł 29,00 zł

Przepływy nieustalone w kanałach i rurociągach siłowni wodnych

rok wydania: 2020, wydanie pierwsze
ISBN: 978-83-7348-799-4
ilość stron: 186
oprawa: miękka

Spis treści

WYKAZ PODSTAWOWYCH OZNACZEŃ / 7
WPROWADZENIE / 11

1. POWSTAWANIE I ROZPRZESTRZENIANIE SIĘ PRZEPŁYWU NIEUSTALONEGO WYWOŁANEGO PRZEZ URZĄDZENIA HYDROMECHANICZNE SIŁOWNI WODNYCH / 13
1.1. Urządzenia hydromechaniczne siłowni wodnej wywołujące przepływy nieustalone / 13
1.2. Mechanizm powstawania i rozprzestrzeniania się przepływu nieustalonego / 17
1.3. Rodzaje uderzenia hydraulicznego / 18
1.4. Rodzaje fal translacyjnych / 20
1.5. Masowy przepływ oscylacyjny / 23
1.6. Obszar występowania przepływów nieustalonych / 23
1.7. Rodzaje zmian obciążenia maszyn siłowni wodnej wywołujące ekstremalne przepływy nieustalone / 25
1.7.1. Ekstremalne zdarzenia w siłowniach wodnych wywołujące stany nieustalone / 25
1.7.2. Rozruch maszyny hydraulicznej do pracy roboczej / 26
1.7.3. Stany nieustalone wywołane przez nagłe i całkowite zatrzymanie pracy turbinowej / 27
1.7.4. Stany nieustalone wywołane przez nagłe i całkowite zatrzymanie pracy pompowej / 28
1.8. Sterowanie procesem powstawania przepływu nieustalonego / 29

2. PRAWA I ZASADY STOSOWANE DO OPISU MATEMATYCZNEGO PRZEPŁYWU NIEUSTALONEGO JEDNOKIERUNKOWEGO / 31
2.1. Rodzaje praw stosowanych do opisu przepływu nieustalonego w korytach otwartych i rurociągach ciśnieniowych / 31
2.2. Równanie zachowania ciągłości przepływu / 32
2.3. Dynamiczne równanie przepływu wolnozmiennego / 36
2.3.1. Dynamiczne równanie przepływu wyprowadzone z drugiej zasady dynamiki Newtona / 36
2.3.2. Dynamiczne równanie przepływu wolnozmiennego wyprowadzone z zasady zachowania energii / 40
2.4. Równania przepływu sfalowanego / 41

3. MODELE MATEMATYCZNE PRZEPŁYWU NIEUSTALONEGO WOLNOZMIENNEGO W KANAŁACH OTWARTYCH / 45
3.1. Przepływ nieustalony wolnozmienny opisany matematycznie przez de Saint-Venanta / 45
3.1.1. Wprowadzenie / 45
3.1.2. Podstawowe założenia modelu de Saint-Venanta / 45
3.1.3. Równania de Saint-Venanta / 46
3.2. Metoda stanów chwilowych / 47
3.3. Metoda objętości skończonych / 48
3.4. Metoda różnic skończonych / 50
3.5. Metoda elementów skończonych / 52
3.6. Metoda charakterystyk / 53
3.6.1. Podstawy metody charakterystyk / 53
3.6.2. Równania zmian głębokości i prędkości przepływu na drodze rozprzestrzeniania się zaburzenia / 54
3.6.3. Szczególne formuły opisujące przepływ nieustalony na drodze rozprzestrzeniania się zaburzeń / 58
3.6.4. Zasady prowadzenia obliczeń przepływu nieustalonego wolnozmiennego w kanałach otwartych / 60

4. KSZTAŁT I WIELKOŚĆ FAL TRANSLACYJNYCH / 63
4.1. Podstawowe modele fal translacyjnych / 63
4.2. Podstawowe założenia i zakres opisu matematycznego dodatnich fal translacyjnych / 64
4.3. Wpływ strat hydraulicznych na kształt i charakterystyczne wielkości oscylacji w kanale przekroju prostokątnego / 66
4.3.1. Równanie profilu oscylacji falowych / 66
4.3.2. Charakterystyczne wysokości oscylacji / 69
4.3.3. Prędkość propagacji fali z wykształconymi oscylacjami / 72
4.3.4. Ocena uzyskanych wyników rozważań teoretycznych / 74
4.4. Charakterystyczne wielkości czoła dodatniej fali translacyjnej z oscylacjami w kanale o przekroju trapezowym / 75
4.4.1. Równanie profilu czoła fali / 75
4.4.2. Stabilność oscylacji / 80
4.4.3. Maksymalna i średnia wysokość pierwszej oscylacji / 85
4.4.4. Prędkość propagacji fali z wykształconymi oscylacjami / 89
4.5. Charakterystyczne wielkości czoła dodatniej fali translacyjnej z oscylacjami w kanale o przekroju parabolicznym / 90
4.5.1. Równanie profilu czoła fali / 90
4.5.2. Granica stabilności czoła fali translacyjnej w kanałach o przekroju parabolicznym / 95
4.5.3. Charakterystyczne wielkości czoła stabilnej fali / 96
4.6. Fale dodatnie bez oscylacji / 98
4.6.1. Podstawowe przypadki powstawania i rozprzestrzeniania się dodatnich fal bez oscylacji / 98
4.6.2. Prędkość propagacji dodatnich fal bez oscylacji w kanałach o przekroju trapezowym / 99
4.6.3. Prędkość propagacji dodatnich fal bez oscylacji w korytach o przekroju parabolicznym / 101
4.7. Wielkości i kształt fal ujemnych / 102
4.7.1. Podstawowe założenia opisu matematycznego fal ujemnych / 102
4.7.2. Zmiana natężenia przepływu w funkcji wysokości fali w kanale o przekroju parabolicznym / 103
4.8. Zmiana natężenia przepływu i wysokości fali na długości kanału / 104

5. UDERZENIA HYDRAULICZNE WYWOŁYWANE PRZEZ TURBINY, POMPY I ZAMKNIĘCIA / 107
5.1. Rys historyczny powstawania modeli matematycznych uderzenia hydraulicznego w przewodach ciśnieniowych / 107
5.2. Opis matematyczny przepływu nieustalonego w przewodach ciśnieniowych metodą charakterystyk / 110
5.2.1. Równania pochodnych lokalnych prędkości przepływu i ciśnienia w miejscu zaistnienia zaburzenia / 110
5.2.2. Równania różniczkowe zmiany ciśnienia i natężenia przepływu na drodze rozprzestrzeniającego się zaburzenia / 113
5.3. Prędkość propagacji zaburzeń przepływu w rurociągach i sztolniach energetycznych / 115
5.3.1. Założenia i uproszczenia / 115
5.3.2. Ogólna formuła opisująca prędkość propagacji zaburzeń przepływu / 116
5.3.3. Prędkość głosu w wodzie / 116
5.3.4. Prędkość propagacji zaburzeń w rurociągu stalowym o powłoce cienkościennej / 117
5.3.5. Prędkość propagacji zaburzeń w rurociągu żelbetowym / 120
5.3.6. Prędkość propagacji zaburzeń w sztolni o przekroju okrągłym o obudowie betonowej żelbetowej i opancerzonej / 121
5.4. Wyznaczanie uderzenia hydraulicznego i biegu nieustalonego maszyny hydroenergetycznej metodą charakterystyk / 123
5.4.1. Podstawowe zasady obliczeń metodą charakterystyk / 123
5.4.2. Charakterystyka uniwersalna jako podstawa wyznaczania wielkości uderzenia hydraulicznego i prędkości rozbiegowej maszyny hydroenergetycznej / 124
5.4.3. Obliczeniowa siatka charakterystyk / 128
5.4.4. Zasady wyznaczania uderzenia hydraulicznego i zmian prędkości obrotowej maszyny hydroenergetycznej / 131
5.4.5. Zasady wyznaczania natężenia przepływu i uderzenia hydraulicznego w pośrednich złączach segmentów rurociągu / 133
5.4.6. Równania przepływu nieustalonego na połączeniu rurociągu ze zbiornikiem / 135
5.5. Uderzenia hydrauliczne w przesyłowych instalacjach pompowych / 135
5.5.1. Typowe instalacje pompowe dalekiego zasięgu / 135
5.5.2. Charakterystyki eksploatacyjne pomp wirowych / 136
5.5.3. Proste uderzenie hydrauliczne w instalacji przesyłowej dalekiego zasięgu / 139
5.5.4. Uderzenie hydrauliczne w pompowej instalacji przesyłowej o ograniczonej długości rurociągu / 141
5.6. Zmiana wielkości uderzenia hydraulicznego na długości rurociągu przesyłowego / 144
5.6.1. Powstawanie fal uderzenia hydraulicznego / 144
5.6.2. Hipotezy / 144
5.6.3. Równania przepływu nieustalonego na czole fali uderzenia hydraulicznego / 145
5.6.4. Równania przepływu nieustalonego występującego bezpośrednio za czołem fali uderzenia hydraulicznego / 147

6. MASOWY PRZEPŁYW OSCYLACYJNY W KOMORACH WYRÓWNAWCZYCH / 150
6.1. Podstawowe funkcje komory wyrównawczej / 150
6.2. Konstrukcje komór wyrównawczych /151
6.3. Podstawowe hipotezy dotyczące obliczeń stanów nieustalonych w komorze wyrównawczej / 152
6.4. Podstawowe prawa przepływu nieustalonego pomiędzy derywacją a komorą wyrównawczą oraz zakres ich zastosowań / 152
6.5. Ekstremalne zmiany poziomów wody w prostej komorze wyrównawczej / 154
6.6. Ekstremalne poziomy wody w dławikowej komorze wyrównawczej / 157
6.6.1. Nagłe i całkowite zatrzymanie przepływu przechodzącego przez maszynę hydrauliczną / 157
6.6.2. Nagły wzrost natężenia przepływu z wartości Qr do wartości Q / 158
6.7. Ekstremalne poziomy wody w komorze różnicowej / 159
6.7.1. Nagłe i całkowite zatrzymanie przepływu przechodzącego przez maszynę hydrauliczną / 159
6.7.2. Nagłe zwiększenie natężenia przepływu z wartości Qr do Q / 161
6.8. Potrzebna powierzchnia przekroju poprzecznego komory wyrównawczej przy pracy elektrowni na sieć wydzieloną / 162

7. UZUPEŁNIENIA / 164
7.1. Opory tarcia hydraulicznego w kanałach i rurociągach / 164
7.1.1. Straty hydrauliczne wywołane przez opory tarcia / 164
7.1.2. Czynniki decydujące o wielkości współczynnika tarcia / 164
7.1.3. Opory tarcia w korytach otwartych / 166
7.1.4. Opór tarcia burzliwego w rurociągach ciśnieniowych / 168
7.2. Hydrauliczne opory tarcia przepływu nieustalonego / 171
7.2.1. Wprowadzenie / 171
7.2.2. Formuły empiryczne opisujące współczynnik oporów tarcia przepływu nieustalonego / 172
7.3. Lokalne straty hydrauliczne 173
7.4. Dobór optymalnego kształtu trapezowego przekroju poprzecznego kanału otwartego / 178
7.4.1. Cel i zakres metody / 178
7.4.2. Wpływ kształtu na wielkość czynnego trapezowego przekroju poprzecznego kanału / 179
7.5. Transformacja przekroju trapezowego w przekrój paraboliczny / 180

LITERATURA / 183
O AUTORZE / 187


Księgarnia Techniczna Grupy Medium | Karczewska 18, 04-112 Warszawa | tel.: 22 512 60 60 | e-mail: eib@ksiegarniatechniczna.com.pl