壓力管道中瞬變流準(zhǔn)二維模型數(shù)值計(jì)算及應(yīng)用研究.pdf

1、國內(nèi)圖書分類號(hào)：TV134.1學(xué)校代碼：10213國際圖書分類號(hào)：626627密級(jí)：公開工學(xué)博士學(xué)位論文工學(xué)博士學(xué)位論文壓力管道中瞬變流準(zhǔn)二維模型數(shù)值計(jì)算及應(yīng)用研究博士研究生：孫強(qiáng)導(dǎo)師：劉明生教授副導(dǎo)師：伍悅濱教授申請(qǐng)學(xué)位：工學(xué)博士學(xué)科：供熱、供燃?xì)?、通風(fēng)及空調(diào)工程所在單位：市政環(huán)境工程學(xué)院答辯日期：2017年3月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)摘要I摘要在熱電廠或核電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、城市供熱和供水系統(tǒng)以及建筑內(nèi)空調(diào)水系統(tǒng)等有壓管道系統(tǒng)中

2、，因閥門突然啟閉或是水泵突然啟停而導(dǎo)致管道中流速劇烈變化，常會(huì)引發(fā)水錘事故。傳統(tǒng)水錘分析主要采用一維模型計(jì)算方法，該方法利用擬穩(wěn)態(tài)摩阻模型近似計(jì)算管道瞬變流的摩阻耗散，因而無法準(zhǔn)確模擬瞬變流的壓力波衰減過程。準(zhǔn)二維模型計(jì)算管道瞬時(shí)的二維速度場和一維壓力場，并結(jié)合代數(shù)湍流模型計(jì)算瞬變流摩阻耗散，可以真實(shí)地反映瞬變流的壓力波動(dòng)，但現(xiàn)有求解方法因計(jì)算過程復(fù)雜仍無法在工程中廣泛應(yīng)用。因此，本文提出一維與準(zhǔn)二維聯(lián)合求解方法，該方法簡化現(xiàn)有準(zhǔn)二維模

3、型計(jì)算方法的求解過程，同時(shí)可直接利用一維模型的分析策略，并與一維模型進(jìn)行耦合求解，擴(kuò)展準(zhǔn)二維模型的應(yīng)用范圍并提高其計(jì)算效率。首先，分別闡述了一維特征線法和有限體積法，提出了改進(jìn)的有限體積法，該方法的計(jì)算節(jié)點(diǎn)可以與特征線法的計(jì)算節(jié)點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)，同時(shí)驗(yàn)證了其準(zhǔn)確性?；诶碚摲治觯岢鲆痪S和準(zhǔn)二維聯(lián)合求解方法，分別建立了一維特征線法和改進(jìn)的有限體積法與準(zhǔn)二維模型聯(lián)合求解的方法，并研究了這兩種方法的準(zhǔn)確性和高效性。結(jié)果表明，特征線法與準(zhǔn)二維模型聯(lián)

4、合求解方法與現(xiàn)有準(zhǔn)二維模型求解方法的計(jì)算精度相同，有限體積法與準(zhǔn)二維模型聯(lián)合求解方法的計(jì)算精度受粘性項(xiàng)權(quán)重系數(shù)的取值影響較大。在計(jì)算效率方面，本文所提出的計(jì)算方法比現(xiàn)有的準(zhǔn)二維模型求解方法的計(jì)算效率更高，并且該方法可應(yīng)用于一維交錯(cuò)網(wǎng)格。同時(shí)，提出修正的擬穩(wěn)態(tài)摩阻模型。以文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為依據(jù)，比較分析了擬穩(wěn)態(tài)摩阻模型、修正的擬穩(wěn)態(tài)摩阻模型、改進(jìn)的Brunone摩阻模型、VardyBrown摩阻模型和準(zhǔn)二維模型的模擬結(jié)果。以準(zhǔn)二維模型的模

5、擬結(jié)果為依據(jù)，對(duì)修正的擬穩(wěn)態(tài)摩阻模型中修正系數(shù)的選取規(guī)律進(jìn)行了研究。其次，建立了基于準(zhǔn)二維模型的離散蒸汽空穴模型和離散氣體空穴模型，并以文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為依據(jù)，對(duì)比分析了擬穩(wěn)態(tài)摩阻模型、改進(jìn)的Brunone摩阻模型和準(zhǔn)二維模型的離散蒸汽空穴模型和離散氣體空穴模型的計(jì)算結(jié)果。結(jié)果表明，基于準(zhǔn)二維模型的液柱分離模型相比一維模型的液柱分離模型的計(jì)算結(jié)果更準(zhǔn)確，與文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果更接近，可以準(zhǔn)確地模擬氣液兩相瞬變流的壓力波動(dòng)過程。然后，基于事故