基于CFX的輸水管道水錘現(xiàn)象的數(shù)值研究.pdf

1、水錘問題是管道工程中一類極為重要的物理現(xiàn)象，由水錘現(xiàn)象引起的壓強(qiáng)通?？梢赃_(dá)到管道正常工作壓強(qiáng)的幾十倍，甚至更高，對(duì)這種現(xiàn)象的預(yù)料不及或處理不當(dāng)將會(huì)導(dǎo)致管道劇烈振動(dòng)、變形甚至爆裂。研究水錘問題的物理機(jī)制對(duì)管道工程的設(shè)計(jì)具有重要的意義。
　　 目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)水錘現(xiàn)象的產(chǎn)生機(jī)理和與管道的作用機(jī)制進(jìn)行了大量的理論、實(shí)驗(yàn)和數(shù)值研究。然而，對(duì)水錘現(xiàn)象中涉及的一些復(fù)雜流體力學(xué)問題仍需進(jìn)行進(jìn)一步的深入研究。如，管道中湍流結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度對(duì)瞬態(tài)波的

2、響應(yīng)，由于水動(dòng)力不穩(wěn)定性引起的流體軸向損失，在單相和多相、多組分的瞬變流中狀態(tài)方程和波速的關(guān)系等。
　　 本文利用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件CFX對(duì)輸水管道中的水錘現(xiàn)象進(jìn)行了數(shù)值模擬。為了證明數(shù)值計(jì)算結(jié)果的正確性，作者首先將計(jì)算結(jié)果與理論值、澳大利亞研究委員會(huì)(ARC)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和水錘計(jì)算軟件Pipenet的計(jì)算值進(jìn)行了對(duì)比。在論證了CFX軟件能夠準(zhǔn)確地模擬輸水管道中的水錘現(xiàn)象以后，本文利用CFX軟件對(duì)影響水錘現(xiàn)象的主要因素（流速、管道

3、結(jié)構(gòu)、壁面摩擦、結(jié)構(gòu)變形）進(jìn)行了研究，分析比較了各因素對(duì)水錘現(xiàn)象影響幅度的大小。
　　 研究表明，采用CFX軟件和本文所選用的物理模型和求解策略能很好地模擬出輸水管道系統(tǒng)在閥門突然關(guān)閉后的水錘現(xiàn)象。CFX計(jì)算所得的水錘波的壓力峰值略高于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算所得的水錘波的周期略小于實(shí)驗(yàn)值，其誤差均在15％左右。通過對(duì)影響水錘的各主要因素進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn):水錘壓力隨著管道流速的增加而線性增長(zhǎng)，延緩閥門關(guān)閉時(shí)間能顯著減小水錘壓力;管道結(jié)構(gòu)直接決