壓力管道中瞬變流準二維模型數(shù)值計算及應用研究.pdf

1、國內圖書分類號：TV134.1學校代碼：10213國際圖書分類號：626627密級：公開工學博士學位論文工學博士學位論文壓力管道中瞬變流準二維模型數(shù)值計算及應用研究博士研究生：孫強導師：劉明生教授副導師：伍悅濱教授申請學位：工學博士學科：供熱、供燃氣、通風及空調工程所在單位：市政環(huán)境工程學院答辯日期：2017年3月授予學位單位：哈爾濱工業(yè)大學摘要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)以及建筑內空調水系統(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致管道中流速劇烈變化，常會引發(fā)水錘事故。傳統(tǒng)水錘分析主要采用一維模型計算方法，該方法利用擬穩(wěn)態(tài)摩阻模型近似計算管道瞬變流的摩阻耗散，因而無法準確模擬瞬變流的壓力波衰減過程。準二維模型計算管道瞬時的二維速度場和一維壓力場，并結合代數(shù)湍流模型計算瞬變流摩阻耗散，可以真實地反映瞬變流的壓力波動，但現(xiàn)有求解方法因計算過程復雜仍無法在工程中廣泛應用。因此，本文提出一維與準二維聯(lián)合求解方法，該方法簡化現(xiàn)有準二維模

3、型計算方法的求解過程，同時可直接利用一維模型的分析策略，并與一維模型進行耦合求解，擴展準二維模型的應用范圍并提高其計算效率。首先，分別闡述了一維特征線法和有限體積法，提出了改進的有限體積法，該方法的計算節(jié)點可以與特征線法的計算節(jié)點一一對應，同時驗證了其準確性?；诶碚摲治?，提出一維和準二維聯(lián)合求解方法，分別建立了一維特征線法和改進的有限體積法與準二維模型聯(lián)合求解的方法，并研究了這兩種方法的準確性和高效性。結果表明，特征線法與準二維模型聯(lián)

4、合求解方法與現(xiàn)有準二維模型求解方法的計算精度相同，有限體積法與準二維模型聯(lián)合求解方法的計算精度受粘性項權重系數(shù)的取值影響較大。在計算效率方面，本文所提出的計算方法比現(xiàn)有的準二維模型求解方法的計算效率更高，并且該方法可應用于一維交錯網(wǎng)格。同時，提出修正的擬穩(wěn)態(tài)摩阻模型。以文獻中的實驗數(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、改進的Brunone摩阻模型、VardyBrown摩阻模型和準二維模型的模擬結果。以準二維模型的模

5、擬結果為依據(jù)，對修正的擬穩(wěn)態(tài)摩阻模型中修正系數(shù)的選取規(guī)律進行了研究。其次，建立了基于準二維模型的離散蒸汽空穴模型和離散氣體空穴模型，并以文獻中的實驗數(shù)據(jù)為依據(jù)，對比分析了擬穩(wěn)態(tài)摩阻模型、改進的Brunone摩阻模型和準二維模型的離散蒸汽空穴模型和離散氣體空穴模型的計算結果。結果表明，基于準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算結果更準確，與文獻中的實驗結果更接近，可以準確地模擬氣液兩相瞬變流的壓力波動過程。然后，基于事故