压力管道瞬变流水击理论计算方法的对比研究

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压力管道作为重要的输水建筑物,在水利工程中运用越来越广泛,其运行过程中会发生非恒定流动现象-水击。水击现象会对输水管道系统产生不利的影响:若产生的水击压力值过大,可能会引起输水管道的爆裂;若形成过大的负压,则可能导致管道发生汽蚀。管道中压力的快速变化还会引起管道的振动,管道的振动又会影响水流的运动,这种结构与流体之间的相互影响称之为流固耦合作用。水击理论的研究及其计算方法已有多年历史,主要可以分为三类:经典水击理论、考虑液体压缩性和管壁弹性的水击理论与流固耦合理论。但是,不同的理论有着各自的优点与不足。通过对众多关于“水击”文献的研读与思考,理清了经典水击理论、考虑液体压缩性与管壁弹性的水击理论以及流固耦合水击理论及其求解方法。首先通过Matlab编程,运用特征线法对经典水击理论进行模型案例求解,并总结其规律;其次,同样通过Matlab编程,运用扩散格式差分法对考虑液体压缩性和管壁弹性理论的模型案例进行求解,并总结其规律:再次,利用Hypermesh进行建模,导入ADNIA进行部分设置后,进行流固耦合水击计算并进行分析。最后将三个水击计算理论的结果进行对比分析得出:1.三个理论的水击压力最大值均与阀门关闭时间成反比;2.经典水击理论水击压力衰减性最慢,流固耦合理论最快且流固耦合理论的衰减趋势明显与前两个理论不同3.经典水击理论在水击压力最大值上与考虑压缩性与管壁弹性理论并未呈现明显的差异4存在某一阀门关闭时段三个理论的水击压力最大值与增速趋同5.阀门关闭过快时,流固耦合理论水击压力最大值小于前两个理论且差值随着关闭时间的缩短而增大;6.三个理论水击压力最大值与管长、壁厚均成正比。
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