TVD格式數(shù)值模擬四通管水擊過(guò)程研究.pdf

1、鑒于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和我國(guó)水資源緊缺的現(xiàn)實(shí)需要，管網(wǎng)輸水已然成為當(dāng)今社會(huì)解決水資源供需矛盾的重要方式。管網(wǎng)系統(tǒng)因其日趨復(fù)雜化和運(yùn)行狀態(tài)多變的特點(diǎn)而面臨多種瞬變流工況下的安全問(wèn)題，水擊現(xiàn)象便是管網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理需要考慮的重要因素之一。近年來(lái)，水利工作者熱衷于運(yùn)用多種數(shù)值格式探討簡(jiǎn)單管道的各種瞬變流問(wèn)題，研究重心大部分也放在預(yù)測(cè)捕捉水擊壓力峰值上，采用的是傳統(tǒng)擬恒定摩阻假設(shè)的水擊方程。這種做法雖然可以保守估計(jì)水擊發(fā)生瞬間的壓力值，

2、但是對(duì)于準(zhǔn)確捕捉之后的衰變過(guò)程顯然無(wú)能為力，且容易造成資源浪費(fèi)。
　　本文深入研究了TVD格式數(shù)值模擬四通管水擊過(guò)程的必要性和可行性，拓展了TVD格式模擬水擊的研究領(lǐng)域，同時(shí)探究了非恒定摩阻項(xiàng)的處理對(duì)于水擊模擬精度的影響，為后續(xù)研究開(kāi)拓了新思路，主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:
　　(1)將Sweby的TVD格式運(yùn)用到魏闖的管網(wǎng)水擊模型中，模擬主管和支管末端的水擊壓力極值和波動(dòng)衰減全過(guò)程，并與經(jīng)典特征線法、一階LF格式、二階LW和

3、MC格式以及試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)比結(jié)果和相對(duì)誤差分析表明:TVD格式能夠最準(zhǔn)確的捕捉到水擊壓力峰值，相對(duì)誤差控制在可以滿足工程需要的范圍之內(nèi)，且模擬的水擊衰減過(guò)程與實(shí)測(cè)值最為吻合;對(duì)于水擊最大壓力的捕捉，特征線法次之，一階LF格式模擬效果最差;四種常用差分格式模擬的水擊波衰減都比較緩慢，與實(shí)際情況不符。至此驗(yàn)證了TVD格式模擬四通管水擊過(guò)程的可行性和優(yōu)越性。
　　(2)進(jìn)一步定量分析了閥門(mén)關(guān)閉特性對(duì)于四通管水擊過(guò)程的影響。首先

4、運(yùn)用TVD格式模擬了四種不同閥門(mén)關(guān)閉規(guī)律下水擊壓力變化情況。分析結(jié)果可知:當(dāng)關(guān)閥時(shí)間一定時(shí)，就產(chǎn)生的最大水擊壓力和衰減快慢而言，兩階段直線關(guān)閉方式和減速曲線關(guān)閉方式效果相當(dāng)，直線關(guān)閉方式和加速曲線關(guān)閉產(chǎn)生的水擊壓力較大且伴隨著劇烈而長(zhǎng)時(shí)間的波動(dòng)過(guò)程。然后研究了組合關(guān)閥方式對(duì)于水擊波動(dòng)過(guò)程的影響，發(fā)現(xiàn)在四通管中，不論對(duì)于主管還是支管，兩閥門(mén)同時(shí)直線關(guān)閉產(chǎn)生的水擊壓力最小且衰減最快，無(wú)強(qiáng)烈不規(guī)則水擊波振蕩，當(dāng)兩閥門(mén)同時(shí)瞬時(shí)關(guān)閉時(shí)產(chǎn)生的水擊壓

5、力最大且衰減相當(dāng)緩慢，水擊波振蕩最強(qiáng)烈?？紤]到可操作性，推薦兩階段直線關(guān)閥方式和兩閥門(mén)直線關(guān)閉模式分別作為保證四通管在瞬變流工況下安全運(yùn)行的閥門(mén)關(guān)閉模式。
　　(3)基于水力系統(tǒng)規(guī)劃監(jiān)測(cè)和瞬變流反問(wèn)題研究對(duì)水擊模擬精度日益提高的需要，將非恒定摩阻引入到水擊基本微分方程組中，首次推導(dǎo)出了考慮IAB經(jīng)驗(yàn)?zāi)ψ枘Ｐ偷乃畵舴匠虈?yán)格守恒型式，將TVD格式與其結(jié)合運(yùn)用到模型試驗(yàn)和工程實(shí)例—阿拉山水電站的水擊數(shù)值模擬中，并與試驗(yàn)數(shù)據(jù)、常規(guī)TVD格