蒸汽管道中水力瞬变研究

摘要

蒸汽管道与人们的日常生活和工业生产息息相关。由于蒸汽管道流动的复杂性以及运行的高温和高压,事故频繁发生。本文根据蒸汽管道中的不同流动情况,研究纯饱和蒸汽流动和蒸汽-水两相流动的水力瞬变过程。
　　 对饱和蒸汽的瞬变流动,建立流体运动的控制方程,用特征线的方法对简单管路瞬变过程进行数值模拟。对蒸汽管道中两相流动的水力瞬变过程,选用了六方程的双流体模型方程组作为计算的控制方程组。对两相分别建立相应的守恒方程,并在动量守恒方程中加入了虚拟质量项使方程变为良态的。对方程求解时,先用算子分裂的方法将微分项与非微分项分开处理,然后再根据Jacobi矩阵的特征值的大小对微分项的求解采用通量分裂的数值差分方法,分别选取了Upwind、Lax-Friedrichs和MacCormack三种格式建立数值差分方程。然后通过两个计算实例对三种数值格式的计算结果进行了比较。结果显示除Lax-Friedrichs格式外,另外两种计算方法的计算精度都很高,具有二阶精度的MacCormack方法比一阶Upwind方法有更好的精确性。
　　 论文编制了一个通用的蒸汽管道水力瞬变的数值模拟计算程序。软件采用MATLAB语言和C＃语言混合编程,利用了二者分别在数值计算和界面设计上的优势,并且对功能进行模块划分。计算软件不仅做到了输入数据方便、计算速度快、计算结果表达清晰明确,而且还便于后期功能的添加和修改。