阀门关闭速度对TVD格式数值模拟水击影响分析

采用总变差减小（TVD）格式模拟了一维有压管道水击过程,对管道中阀门突然关闭和缓慢关闭引起的水击压强进行了数值计算。通过改变阀门关闭速度,分析TVD格式对水击数值模拟精度的影响。结果表明,与传统经典差分二阶MC格式相比,阀门关闭速度越快,TVD格式捕捉激波间断的能力越强,模拟水击波效果越好;当阀门关闭速度缓慢到一定程度,TVD格式与MC计算方法所得结果基本吻合,与解析解最大误差不超过2%。说明TVD格式是数值模拟水击现象行之有效的方法之一。     

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。     

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     

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。     

水电站调压室内三维湍流场数值模拟

运用计算流体动力学方法(CFD)对某抽水蓄能电站尾水调压室进行了数值模拟。计算时选用适合调压室流动特性的Realizablek-ε湍流模型,采用标准SIMPLE算法,离散格式采用一阶迎风格式。计算结果揭示了调压室内流道流场的速度及压力分布规律,并据此计算出调压室水头损失系数。将水头损失系数计算结果与水力模型试验结果进行比较,发现采用CFD方法计算得到的结果不论在变化规律上还是数值上均可达到与模型试验结果相当的精度,表明CFD方法可以应用于调压室的设计和优化中。     

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.     

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。     

气垫调压室与常规调压室双室引水系统的计算

建立了描述具有上游气垫式调压室的水电站双室引水发电系统过渡过程状态方程,介绍了其数值解法并编制了计算程序。结合某一实际工程计算了上下游调压室的水位波动、气压室的压力变化和高压管道的水击压力,并讨论了气压室的初始状态对调压室底部压力的影响。     

有长连接管调压室水头损失系数计算方法研究

研究具有长连接管的阻抗式调压室水头损失系数的计算方法,给出基于Gardel三通水头损失系数经验公式、焊接三通水头损失实验资料以及截面突变管道水头损失资料;得出这种调压室不同流态下水头损失系数的计算方法,并将不同算法得到的调压室水头损失系数分别与水力模型试验结果进行了比较和分析.研究表明,基于Gardel三通水头损失系数经验公式及截面突变管道水头损失系数计算的调压室水头损失系数与试验结果具有较好的一致性.     

用三维计算流体力学方法计算调压室阻抗系数

为了研究计算流体动力学方法确定阻抗式调压井阻抗系数的可行性，本文选用适合调压室流动的可行化k-ε湍流模型及考虑边壁粗糙度的壁函数，用二阶精度算法对T形岔管、管内孔口、突扩管和阻抗式调压室的流场进行了数值模拟。经比较发现采用计算流体动力学方法计算所得的结果在水头损失方面可达到与常规模型试验结果同等的精度，表明计算流体动力学可以应用于调压室的设计计算中。     

曲线坐标网格下二维涌波数值模拟的TVD型格式

针对水动力学中的涌波现象导出二维曲线坐标系下的守恒型方程，然后利用算子分裂法和TVD差分格式思想构造出计算格式，在此基础上建立起由实际流场区域至方形计算区域的全局同胚映射，对急流过缩窄河道产生的涌波结构进行数值模拟，结果表明，本文的数值方法能够很好地模拟附体涌波、交叉涌波等复杂结构现象，所得波系结构和有关物理量与理论分析结果非常吻合，表明本文的数值方法对于模拟水动力学中的涌波现象是可行的。     

调压室阻抗对水击压力的影响

针对阻抗式调压室不能完全反射水电站压力钢管传来的水击波的实际特性．导出了阻抗式调压室的阻抗系数和该处水击波透射系数之间的关系；以水击计算的特征线法为基础，提出了考虑调压室对水击波不完全反射时的水击压强计算方法；实例对比说明，设置阻抗式调压室时，不仅阀门处的水击压力比用常规方法计算的值高，而且引水隧洞也承受着一定的水击压力。     

THEORETICAL,NUMERICAL AND EXPERIMENTAL STUDY OF WATER HAMMER IN PIPE SYSTEM WITH COLUMN SURGE CHAMBER

1 .　INTRODUCTIONWaterhammerreferstoanon linear phe nomenonwherepressuresurgesoccurfollowingasuddenchangeinflowvelocityina pipesystem .Thechangeinflowvelocitymaybeinducedbyvalveoperation ,pumpstart uporshut down ,fluidinjectionordischarge ,thesuddencessationofen ergysupplierdevicescausedby powerfailureorpipemovementundercertainexternalactionsuchasimpactandearthquake ,etc .Theseinducenon linear pressuresurgesorwaves propagationthroughoutthepipesystematacousticspeed .Thesurgepressurecouldha…     

上游串联双调压室系统合理尺寸选择的研究

为了研究上游串联双调压室系统(主调压室为阻抗式,副调压室为简单式)合理的主、副调压室尺寸,结合长引水隧洞水电站工程实例,采用水锤计算的特征线法,运用过渡过程软件建立模型,对压力引水系统过渡过程进行计算研究。分析了主、副调压室不同直径组合下的调压室最高涌浪水位、波动衰减率和蜗壳末端最大水锤压力的变化规律。研究表明:对于布置双调压室系统,随着副调压室直径增大,主调压室阻抗孔对水锤压力的影响减弱;阻抗孔直径有一个临界值点,低于该点,副调压室最高涌浪水位随阻抗孔直径的增加而降低,高于该点,则上升;若副调压室直径过大,则主、副调压室水位波动衰减较慢。研究结论对类似工程合理地选择主、副调压室直径有一定参考作用。     

鄂北地区水资源配置工程长距离大口径倒虹吸调压设施选择及水锤分析

孟楼~七方倒虹吸工程长达72.149 km,为超长全封闭有压输水系统。为了控制倒虹吸操作过程中的水锤压力,应用水锤计算软件对不设调压室和设阻抗式、气垫式、溢流式调压室等多种调压方案进行对比研究,最终确定不设调压室方案。在不设调压室的情况下,线路中部的检修阀门成为切断和开启水流的设备。对各种可能的断流、启动工况进行详细分析,给出优化的阀门启闭规律。最终确定的工程方案和设备操作方案能够满足规范规定,保证工程安全稳定运行。     

Numerical simulation of the internal wave propagation in continuously densitystratified ocean

A numerical model is proposed to simulate the internal wave propagation in a continuously density-stratified ocean, and in the model, the momentum equations are derived from the Euler equations on the basis of the Boussinesq approximation. The governing equations, including the continuity equation and the momentum equations, are discretized with the finite volume method. The advection terms are treated with the total variation diminishing （TVD） scheme, and the SIMPLE algorithm is employed to solve the discretized governing equations. After the modeling test, the suitable TVD scheme is selected. The SIMPLE algorithm is modified to simplify the calculation process, and it is easily made to adapt to the TVD scheme. The Sommerfeld＇s radiation condition combined with a sponge layer is adopted at the outflow boundary. In the water flume with a constant water depth, the numerical results are compared to the analytical solutions with a good agreement. The numerical simulations are carried out for a wave flume with a submerged dike, and the model results are analyzed in detail. The results show that the present numerical model can effectively simulate the propagation of the internal wave.     

调压室阻抗孔尺寸选择的研究

为了更深入研究阻抗式调压室阻抗孔尺寸与压力引水道断面尺寸的比值关系对调节保证计算结果的影响,采用非恒定流计算特征线法,以3条引水支管共用阻抗式调压室的工程实例为研究对象,进行了水电站压力引水系统仿真计算研究。通过对调压室涌浪水位、机组最大转速升高率和蜗壳末端最大水锤相对升压值计算成果的分析,得出调节保证计算参数均满足设计规范要求的前提下,阻抗式调压室阻抗孔面积与压力引水道断面面积比值的合理取值范围为28%~46%。该结论对指导类似工程建设具有一定的实际意义。