修建远距离跨流域调水工程,是解决地区间水资源分布不均衡的途径之一。调水工程通过调剂地区间的水量余缺,从而实现水资源的优化配置,使水资源得到充分合理的利用。在调水工程有压管道输水系统中,闸阀的启闭、泵的启动和突发性事故停泵,都将引起管道内水流速度的突然变化,从而导致管道内压力大幅度升高和降低的交替变化,形成水锤。水锤正压和水锤负压对管道危害都十分巨大,因此,对有压管道水锤进行理论分析和预测控制研究,采取适当的水锤防护措施,确保工程安全运行,具有重大的理论意义和实用价值。空气阀是一种用于防止水锤过程中管线产生负压的水锤防护装置,具有构造简单、投资省、安装方便等优点,在调水工程中应用广泛。然而,传统空气阀在解决管线负压问题的同时,在排气末期往往由于关阀过快,引起较大的水锤正压,给管线带来副作用。为达到理想的水锤防护效果,缓闭式空气阀应运而生。但是目前对缓闭式空气阀的理论研究还相当缺乏,数值模拟还是采用传统空气阀的数学模型,只是通过取较小的排气系数来区别于传统空气阀,这显然与缓闭式空气阀的实际工作原理是有出入的。此外,其设计也多依据工程经验,理论研究远落后于实践。因此,建立缓闭式空气阀的数学模型,对其防护水锤效果进行研究,并对影响防护效果的各项因素进行分析,不仅具有重大的理论意义,而且研究成果可为缓闭式空气阀的优化设计提供科学依据。本文主要研究内容如下:(1)介绍论文的研究背景及意义,简述水锤的成因、分类、危害及防护措施,对空气阀的研究现状及存在问题进行了系统地评述。(2)论述了水锤的基本微分方程及水锤计算的特征线法,运用特征线法建立了调水工程中常见的边界条件,包括上下游边界条件、阀门边界条件、水泵机组边界条件和空气阀边界条件,对各种边界条件的求解进行了研究,并编写了相应的计算程序。(3)根据缓闭式空气阀两阶段排气的工作原理,在传统空气阀数学模型的基础上,改进了缓闭式空气阀排气阶段的数学模型。通过数值计算,比较了缓闭式空气阀与传统空气阀的防护效果差异,分析了影响缓闭式空气阀水锤防护效果的各项因素,并给出了最主要影响因素,即节流板位置发生变化的临界压力、节流板孔口和空气阀孔口面积比的最优值。(4)以实际工程为例,采用特征线法,建立了以缓闭式空气阀作为水锤防护措施的泵系统调水工程的水力过渡过程计算模型。对工程的停泵水锤进行了计算,并探讨了水泵出口阀门关闭规律对水锤和水泵机组的影响。提出了安全可靠的缓闭式空气阀防护方案,并分析了缓闭式空气阀个数、安装位置等对水锤防护效果的影响。