TVD格式數(shù)值模擬四通管水擊過程研究.pdf

1、鑒于國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和我國水資源緊缺的現(xiàn)實需要，管網(wǎng)輸水已然成為當(dāng)今社會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)雜化和運行狀態(tài)多變的特點而面臨多種瞬變流工況下的安全問題，水擊現(xiàn)象便是管網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計和運行管理需要考慮的重要因素之一。近年來，水利工作者熱衷于運用多種數(shù)值格式探討簡單管道的各種瞬變流問題，研究重心大部分也放在預(yù)測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水擊發(fā)生瞬間的壓力值，

2、但是對于準(zhǔn)確捕捉之后的衰變過程顯然無能為力，且容易造成資源浪費。
　　本文深入研究了TVD格式數(shù)值模擬四通管水擊過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，同時探究了非恒定摩阻項的處理對于水擊模擬精度的影響，為后續(xù)研究開拓了新思路，主要內(nèi)容包括以下幾個方面:
　　(1)將Sweby的TVD格式運用到魏闖的管網(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衰減全過程，并與經(jīng)典特征線法、一階LF格式、二階LW和

3、MC格式以及試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，對比結(jié)果和相對誤差分析表明: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程與實測值最為吻合;對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，與實際情況不符。至此驗證了TVD格式模擬四通管水擊過程的可行性和優(yōu)越性。
　　(2)進(jìn)一步定量分析了閥門關(guān)閉特性對于四通管水擊過程的影響。首先

4、運用TVD格式模擬了四種不同閥門關(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)閥時間一定時，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時間的波動過程。然后研究了組合關(guān)閥方式對于水擊波動過程的影響，發(fā)現(xiàn)在四通管中，不論對于主管還是支管，兩閥門同時直線關(guān)閉產(chǎn)生的水擊壓力最小且衰減最快，無強烈不規(guī)則水擊波振蕩，當(dāng)兩閥門同時瞬時關(guān)閉時產(chǎn)生的水擊壓

5、力最大且衰減相當(dāng)緩慢，水擊波振蕩最強烈?？紤]到可操作性，推薦兩階段直線關(guān)閥方式和兩閥門直線關(guān)閉模式分別作為保證四通管在瞬變流工況下安全運行的閥門關(guān)閉模式。
　　(3)基于水力系統(tǒng)規(guī)劃監(jiān)測和瞬變流反問題研究對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?zāi)ψ枘Ｐ偷乃畵舴匠虈?yán)格守恒型式，將TVD格式與其結(jié)合運用到模型試驗和工程實例—阿拉山水電站的水擊數(shù)值模擬中，并與試驗數(shù)據(jù)、常規(guī)TVD格