输水管道在城市生活中扮演着至关重要的角色,管路系统的稳定运行是保证城市生产生活井然有序的关键因素。无论是对管道研究起步较早的国外,还是管道研究发展迅速的国内,学者们对于预防管道危害都是由研究弹性管道开始。随着高分子材料的发展,越来越多的粘弹性管道应用于输水工程中,对管路系统防护的研究方向也逐渐转向粘弹性管道。粘弹性管道与弹性管道存在本质上的区别,当管道中产生瞬变流时,弹性管道的应变与应力作用几乎同时发生,而粘弹性管道的应变总是滞后于应力作用时间,这种特性称为粘弹性管道的应变延迟响应特性。为了更加准确的研究这种特性,本文建立了粘弹性有压管道瞬变流应变延迟响应模型,并利用实验验证了模型的准确性,最后结合工程实例对模型的实用性进行了检验。首先,通过分析粘弹性管道的本构关系,选择了广义Kelvin-Voigt模型来模拟粘弹性管道的力学特性;推导了粘弹性有压管道瞬变流微分方程,利用特征线法求解得到相容性方程,建立了粘弹性有压管道瞬变流应变延迟响应模型;将基础数据代入模型程序中,通过MATLAB软件进行数值计算,求得粘弹性有压管道瞬变流数值模拟结果,分析模拟结果,得到了瞬变流时管道内最大压力值与初始时刻的压力和流量大小相关。其次,改进现有水力瞬变实验台,结合数值计算工况设计实验内容,设置可更换管段用于更换不同类型管道进行实验研究。通过实验得到了四种不同管道在发生瞬变流时其压力随时间变化的情况,验证了粘弹性管道应变延迟响应特性;将数值计算结果与实验结果进行对比,得到了模拟值与实验值的最大相对误差值主要在6%左右;分析模型数据与实验数据的差异后得出,产生误差的原因主要是由于模拟管道与实验复合管道的差异以及管道中的瞬态摩阻的存在。最后,本文将粘弹性有压管道瞬变流应变延迟响应模型应用于工程实例中。根据案例背景明确了案例中的研究内容,结合工程案例需要对上述模型进行了调整,随后经过数值计算,得到了案例中PE管更满足工程实际需要,且该结果也验证了粘弹性有压管道的应变延迟响应特性。综上所述,本文通过对粘弹性有压管道瞬变流应变延迟响应特性进行分析,介绍了不同管材在发生瞬变流激励时的压力变化情况,阐明了粘弹性有压管道的应变滞后现象和管道中能量消耗规律,为建立有效的水锤防护措施提供了依据,随后由实际算例说明了所建模型的工程适用性,证明了其在实际工程中的应用价值。