TVD格式数值模拟水电站水击波新探

水电站有压管道水击波数值模拟十分重要,其计算方法一直都是重点研究方向,TVD格式是数值模拟水击波的新方法,特别适合数值模拟强间断问题。其限制函数是该格式的核心问题,具有四种不同形式,将其运用于水击方程,数值模拟阀门突然关闭时水击波压力变化,与解析解进行对比,以此探究限制函数类型对TVD数值模拟水击波结果的影响。结果表明:四种限制函数TVD格式的计算结果,在间断处避免了非物理振荡,Superbee型TVD格式的分辨率最高,推荐该限制函数数值模拟水电站水击波。更多还原     

水击波数值模拟中高分辨率TVD格式优选

TVD方法特别适合数值模拟双曲型偏微分方程间断波问题,选用4种典型的TVD格式应用于水击方程的数值模拟。通过水击实例计算,将数值结果与理论解比较,揭示4种不同构造形式的TVD格式在捕捉水击波方面耗散性和压制性数值性能的差异,且TVD格式均优于常规的差分方法;改变计算库朗数条件下的计算结果表明:Harten修正通量TVD格式、TVD-MC格式以及全离散TVD格式在大范围库朗数条件下计算稳定性较差,优选Sweby反扩散TVD格式模拟水击,其计算稳定性良好,精度较高。     

考虑迎风性的高精度水击数值模拟

水击问题会对水利枢纽的正常运行造成严重危害,模拟其过程至关重要。考虑TVD格式及水流的迎风性,应用于水击方程组中,模拟简单管道中的水击压力变化。并与Lax-Friedrichs(LF)、Mac Cormark(MC)、未考虑迎风性的TVD格式及解析解进行对比。结果表明:基于迎风性的TVD格式具有高分辨率、高精度、低耗散性等优点,相比于未考虑迎风性的TVD格式,其有更强的压制性,耗散性更弱。     

TVD格式在上游调压室水击数值模拟中的应用

为了模拟含上游调压室水电站的水力过渡过程,采用TVD格式求解水击方程,并结合调压室系统的基本方程组和给定的边界条件来模拟水击压力变化。将此方法用于工程实例,其计算所得的水头与实测水头相吻合;并将计算所得的水头与MacCormark 格式和Lax-Friedrichs格式的计算结果比较,结果表明：TVD格式能有效模拟含上游调压室的水击现象,其结果具有耗散性低,不产生虚假数值震荡,计算精度高等优点。     

一维水击波的高精度数值模拟

用本质无振荡ENO、TVD格式以及MacCormark和Lax-Friedrichs格式对一维水击模型进行数值模拟。结果表明,Lax-Friedrichs和二阶MacCormark格式在间断处有较大的数值耗散,计算精度较低,后者还存在明显的虚假数值振荡;TVD格式在光滑区具有高阶精度,在间断附近能在2个计算网格步长的范围内被光滑化,数值耗散较小;ENO格式数值解在间断附近无虚假数值振荡,数值解耗散很小,对间断具有较强的分辨能力和捕捉能力,能够很好地模拟水击波的变化过程。另外,ENO格式对计算网格的要求较TVD格式低,数值计算性能稳定。     

石家庄市引岗黄二期工程管道水击压力数值计算

在阀门关闭或开启的过程中,对有压管道的任一端面而言,水流运动要素随时间发生变化,形成非恒定流。这种管道阀门 的突然关闭或开启,引起流速急剧变化,同时引起压强突然增加或降低。阐述了计算水击压力的基本方程及基于特征线的数值解 法,并计算了引岗黄二期工程管道的水击发生变化过程。     

石家庄市引岗黄二期工程管道水击压力数值计算

在阀门关闭或开启的过程中，对有压管道的任一端面而言，水流运动要素随时间发生变化，形成非恒定流。这种管道阀门的突然关闭或开启，引起流速急剧变化，同时引起压强突然增加或降低。阐述了计算水击压力的基本方程及基于特征线的数值解法，并计算了引岗黄二期工程管道的水击发生变化过程。     

水击的数值模拟方法比较

选用计算流体力学中几种具有代表性的数值方法进行水击的分析计算,包括Lax-Friedrichs格式、Mac-Cormark格式,以及近年来广泛用于空气动力学和溃坝水力学中的TVD格式,并将计算结果与解析解进行比较,结果表明:Lax-Friedrichs格式在间断处有较大的耗散;而MacCormark格式则出现了明显的数值振荡;TVD格式具有耗散性低,且不产生虚假数值振荡的优点.     

适应水击控制的多喷孔套筒式调流阀设计原理

对于管道水击,理想的水击控制多喷孔套筒式调流阀特性是使流量随开度y线性变化,这时关闭调流阀引起的水击压力升高最小。本文推导得到理想调流阀无量纲阀门流量系数τ与开度y和管路特性之间的解析计算公式,计算研究了理想调流阀水击控制的效果,提出了具体的实施方法。     

带源项的跨音速粘性流场的数值模拟方法

利用AF方法及采用系数分裂技术的全稳式TVD格式对带源型项的跨音速粘性流场进行了统计，获得了较好的计算效果。TVD格式与AF格式相比，需以较大的计算量为代价，分析了源项对计算收敛的影响，源项隐式或显式处理对收敛速度基本无影响，但是源项的显式处理会带来时间步长的减小，在此基础上，对JPL喷管内的两相流进行了数值模拟。     

特征线法在简单管道水击计算中的程序编制与应用

在一维非恒定流方程组的基础上进行变形求解并基于求解管道水击的矩形网格法及其算法原理,研究了如何使用特征线法求解水击,并用Matlab6.5语言编制了相应的计算程序,在Matlab上调试通过,并结合某简单管道阀门瞬间线形关闭所产生的水击进行了应用与验算,所得结果证明此法值得以后推广应用。     

液体推进剂管路局部损失及瞬变流动数值模拟

在对某型号液体火箭发动机推进剂供应管路进行关机水击数值模拟的过程中,针对推进剂供应系统管路复杂,有特殊的阀门和五通等非标准元件的特点,利用Fluent模拟了非标准元件的局部流动过程,得到相应的局部流动阻力,进而应用特征线法对关机水击的瞬变流动进行数值计算,考虑了阀门关阀特性和流体汽化等各种情况,计算结果和热试车实测结果相当吻合.该文计算方法和结果可为液体火箭发动机系统安全设计提供参考,为有非标部件的管路系统水击估计提供途径.     

水电站管道水击计算的自适应网格法

中首次将自适应网络方法应用于水电站管道水击计算中，通过与水击的特征线法计算结果相比较，其结果更加真实合理，研究表明，这种新的研究方法对整个模拟区域间断的捕捉具有良好的适应性，提高了数值计算的精度。     

长江口北支涌潮的一维数值模拟

本文利用二阶TVD格式对长江口北支的涌潮现象进行了一维的数值模拟,成功捕捉了涌潮现象。高阶TVD格式原用于计算气动力学中激波的自动捕捉,具有高分辨率、高精度、不产生假振而且适应性强等性能。本文涌潮现象的计算结果与实际观测结果基本相符,说明了这类格式也适用于求解水动力学中的间断问题。     

长距离高落差重力流供水工程的关阀水锤

对长距离高落差重力流供水工程中阀门动作规律进行了研究,分析了关阀的水锤特性,运用特征线法推导了在已知阀门关闭规律时管道首相水锤压力的解析公式以及在已知管道控制压力时阀门最快直线关闭规律的解析公式,并结合数值计算对公式的正确性进行检验。结果表明:推导出的首相水锤压力解析公式和水锤直线关阀规律解析公式计算均与数值计算结果吻合较好,精度较高,可为高落差重力流供水工程的管道设计及运行调度提供参考。     

基于ENO格式的一维水击波数值模拟

选用近年来广泛应用于空气动力学和溃坝水力学的本质无振荡ENO格式,并采用平均通量差分分裂法对一维水击模型进行数值模拟,计算结果与解析解进行比较后表明:数值解在光滑区具有较高精度,数值耗散性小;在间断附近没有出现虚假数值振荡,与解析解符合较好,200 s与20 s计算结果基本保持一致。证明ENO格式稳定性能好,精度高,能够很好地模拟水击波的演进过程。     

水电站大波动过渡过程研究现状及发展趋势

在对水力瞬变过渡过程历史背景简要回顾的基础上,重点介绍了水电站大波动过渡过程问题的研究现状,对其基础理论、计算方法、实验研究、模拟计算机方法等做了较为详细的介绍.特征线方法以其计算方便、能适应不同的边界条件等优点在水电站过渡过程计算中应用最为广泛.最后简要介绍了目前瞬变流问题研究的发展趋势,包括非棱柱体管道中的水击、二维或三维管流场的数值模拟方法、一维有限元模拟管道瞬变流、LB方法在模拟水电站水击中的应用等.     

考虑水弹性的船闸输水廊道非恒定流数值模拟

现有的船闸输水廊道水力计算均未考虑水弹性作用。本文首次提出了考虑这种作用的计算方法,使之能模拟因阀门快速关闭而引起的廊道内的水击现象,从而为输水廊道的合理设计和优化运行提供了一种仿真性更高的数学模型。     

用TVD显隐格式模拟一维溃坝洪水波的演进与反射

应用空气动力学中的TVD格式构造了用于溃坝水流计算的显隐格式，模拟瞬间全溃时洪水波的运动，给出了与分析解的比较及多种数值试验，结果表明这类格式精度高，稳定性好，不产生虚假的数值振荡，对溃坝涌波具有较强的捕捉能力。     

长距离有压管道水锤预防措施

有压管道阀门迅速启闭时,易导致水锤现象的产生,从而破坏阀门、炸裂管道,影响管道的安全运行。本文通过工程实例,采用特征线法对管道水锤进行分析计算,得出各种关阀时间阀门末端对应的水头包络线及各种工况下的关阀时间与水击压力的关系曲线图,验证了管道设计是否合理及合理拟定最佳启闭阀门时间的目的,为管道设计合理选材及运行管理提供了借鉴。