基于玻尔兹曼网格法的断流弥合水锤数值计算

摘要

城市供热、供水系统中，因事故停泵、阀门突然启闭等情况，常常会在管道系统中产生瞬变流动现象。当管内某处压强降低至水的饱和蒸汽压力，水会汽化并汇集成蒸汽空腔，截断水流造成水柱分离现象。当分离的液柱再弥合，将形成强烈的断流弥合水锤，可能导致管线破裂，损坏泵、阀门等管线设备，造成严重事故。因此对有压管道进行水力瞬变分析，预测并防止水锤的发生具有重要的意义。
　　特征线法理论严密、计算准确，是目前比较常用的瞬变流计算方法；玻尔兹曼网格法建立于分子动理论，兼具宏观与微观模型的优势，其介观背景可以清楚的描述流体内部之间的相互作用，因而在描述多组分、多相流中具有广阔的应用前景。本课题基于玻尔兹曼网格法相关理论，对有压管道内的断流弥合水锤问题，展开了以下研究：
　　首先，阐述玻尔兹曼网格法与特征线法的瞬变流（无断流弥合现象）模型，分别模拟计算了单管系统算例和阜新市引白水源工程输水管线的关阀水锤。模拟结果表明，两种方法所得的压头-流量曲线几乎完全重合，说明玻尔兹曼网格法可以用来计算工程上的无断流弥合瞬变流，而且具有较高的精度。
　　其次，建立玻尔兹曼网格法与特征线法的断流弥合水锤模型，依据文献中实验台的基础数据，分别使用两种方法模拟计算三种不同流速工况下的水锤压力波动情况及蒸汽空腔体积变化情况，将数值计算结果与实验数据进行对比分析。结果表明，玻尔兹曼方法出现的虚拟波峰较少，并且计算结果与实验数据更为接近，具有更高的准确性。
　　最后，将玻尔兹曼网格法与特征线法的断流弥合水锤模型应用于阜新市引白水源工程输水管线瞬间关阀所产生的瞬变流计算中，发现两种方法所得结果几乎完全吻合。说明玻尔兹曼方法满足工程要求精度，可用于实际工程的断流弥合水锤预测和防护。

目录

第1章 绪 论

1.1课题来源及研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本课题主要研究的内容

第2章 有压管道的瞬变流分析

2.1 瞬变流基本微分方程

2.2 特征线法

2.3 玻尔兹曼网格法原理

2.4 玻尔兹曼网格法水锤计算模型

2.5 本章小结

第3章 有压管线中关阀水锤的数值计算

3.1关阀水锤数值计算

3.2 输水管线数值计算

3.3 本章小结

第4章 有压管线中断流弥合水锤的数值计算

4.1 断流弥合水锤简介

4.2 断流弥合水锤模型建立

4.3 断流弥合水锤数值计算

4.4 输水管线数值计算

4.5 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢