圆柱坐标系下辐射换热离散坐标法的影响因素分析

以辐射平衡条件下的一维无限长同心圆环之间的发射、吸收、非散射介质的辐射换热问题为例,探讨了辐射传递方程的离散坐标求解方法,并分析了角积分方案、空间差分格式及角度差分格式对圆柱坐标系下离散坐标法的影响。研究结果表明:角积分方案近似阶数越高,计算结果的精度越高,但随着积分方案阶数的增加,所需计算时间也相应增大;对于同一近似阶数的角积分方案,FN角积分方案的计算精度高于SN角积分方案;空间差分格式对计算精度的影响较小,其中阶梯格式精度最高,正格式所需计算时间最长,菱形格式所需时间最短;角度差分格式对计算精度的影响较大,其中菱形格式计算精度最高,阶梯格式和正格式的计算精度相当,同时三种角度差分格式所需计算时间相当。因此,角积分方案一定的情况下,建议空间与角度差分格式分别选用阶梯格式和菱形格式。     

SCSD格式数值稳定性及计算精度的研究

概述对流项离散格式所引起的假扩散现象及选择不同的离散格式对数值计算过程的影响;在分析稳定性可控的对流项离散格式(stability controllable second-order difference scheme, SCSD)的基础上,提出求解二维对流扩散问题时,直接采用块修正技术和PDMA算法的强隐迭代算法,并对该格式在近边界节点的离散方程的处理上采用非均匀网格技术.通过典型算例验证,该方法不仅抑制了假扩散现象,保证了计算精度,同时也使稳定性得到增强.因此,采用SCSD格式离散对流项,应用非均匀网格处理近边界,并将TDMA算法和PDMA算法同时纳入求解离散方程的做法是合理的,整个程序的框架具有很强的通用性.     

控制容积平衡法在一维、稳态且含内热源导热微分方程中的应用

首先采用区域离散方法A和区域离散方法B分别划分计算网格节点,然后采用控制容积平衡法对某一维、稳态且含内热源导热微分方程进行了数值求解,并与其解析解（精确解）进行了比较.计算结果表明：控制容积平衡法物理意义明确,数值求解精度高,且随网格划分节点数的增加计算精度进一步提高;对于这两种网格划分方法,其网格节点处的离散方程推导均简单明了,且都具有统一的形式,因此对计算节点数增加的情况具有很大的适应性,有利于计算机编程实现.     

冷却水系统断流弥合水锤的防护研究

有压管道中发生的水柱分离易引起很大的弥合水锤,研究了火电厂冷却水系统的水锤防护问题。首先,改进了已有的凝汽器和冷却塔模型,把凝汽器内的细管等效为两个管道并考虑冷却塔处水位的变化;其次,基于特征线方法,利用Fortran编制水锤计算程序,对某电厂实际的冷却水系统进行了加装空气阀前后的水锤分析。结果表明,空气阀有效防止了负压的产生,消除了断流弥合水锤压力,保证了系统的安全运行。     

长距离有压输水管道系统水锤分析

针对长距离有压输水管道出口阀关闭引起的水锤问题,采用瞬态水力学理论和仿真计算,以大岩坑水电站为例,对采用调压井配合控制出口闸门关闭长管道有压输水系统的水力过渡过程进行了计算和分析.结果表明,优化闸门的关闭时间和关闭方式能有效降低水击压力.     

高分辨率压力修正算法在全速流动中的研究与应用

采用高分辨率压力修正算法求解任意马赫数下的流动情形.在非正交适体曲线坐标系下采用了同位网格下的有限体积方法对控制方程离散,并以速度的协变物理分量作为基本求解变量.对流项差分格式使用一致精度高分辨率有界差分格式(UHRBS),该格式绝对稳定,满足有界性,并且具有三阶计算精度.该算法结合高分变率有界差分格式称为高分辨率压力修正算法.计算表明方法具有一致的计算精度,能适合任意马赫数下流体的流动情形.     

某抽水蓄能电站首次泵工况启动关键因素的数值分析

根据某抽水蓄能电站实际水力布置情况,在分析其上库的实际充水特点和引水隧洞中明满流交替的水力特征的基础上,建立相应数学模型,采用特征隐式格式法求解有压管道非恒定流方程,优化了机组首次泵工况运行时的导叶开关规律及球阀关闭规律等关键因素,并利用优化后的关键因素对泵工况进行了大波动过渡过程计算,结果具有合理性。     

基于变导热系数的蒸汽长距离输送模拟

为了提高长距离输送蒸汽参数的计算精度,建立了蒸汽热力和水力耦合计算方程,并在能量方程中考虑了蒸汽流动过程中的相态变化。对于具有多层保温结构管道的节点热阻,提出了一个导热系数随温度变化的热阻计算方法,在介质流动方向上将长距离管道保温热阻进行分段计算。通过实测数据对模型进行验证,结果表明,与将平均温度作为保温材料定性温度相比,新计算模型模拟出的蒸汽温降和压降值更小且计算精度更高,其误差分别不超过1%和4%。     

电厂汽水管道水锤分析

利用水锤波速度及水锤升压计算方法,对300MW亚临界机组、600MW亚临界机组、1000 MW超超临界机组的给水系统、凝结水系统和循环水系统发生水锤时的水锤升压值进行了计算,对水锤升压值进行对比分析,并提出了相应的预防和消除水锤的有效措施,为现役电厂处理水锤事故及新建电厂的汽水管道设计在预防水锤发生方面提供了一定参考.     

气冷涡轮叶栅流场计算方法及其应用

基于三维N-S方程求解,采用三阶段精度TVD格式以及分区算法,结合自由型曲面复杂网格生成技术,开发了高效的冷气掺混流场计算方法。对某气冷涡轮在多种喷气方案下的流场进行了数值模拟,指出叶片前缘喷气对叶栅能量损失影响相对较小。叶片顶端开设离散孔喷气方案具有较小的能量损失以及较好的气冷效果。所开发的计算方法能够较好地应用于冷气掺混复杂流场的计算。     

发电厂水系统水击简化计算模型研究

通过对发电厂水系统水击发生原理进行分析,提出水击的简化计算模型,并比较不同容量机组几种水系统发生水击时水击压力对管道的影响,还讨论了设计和运行过程中减小水击影响的有效措施。此简化模型可为设计过程中充分考虑水击对管道的影响提供理论依据。     

叠压供水方式下支管管径对干管水锤影响

长距离输水工程的水锤防护目前多集中于干管研究,而对预留口分支管的研究涉及较少,尤其在不同类型支管对输水系统水锤影响方面还有待深入研究。为了研究叠压供水方式下不同管径支管对干管水锤影响,以某水利枢纽工程为例,结合水锤仿真模拟试验对不同工况条件下水锤进行分析。结果表明,当支管与干管管径比(简称支干管径比)大于1/6时支管对干管水锤影响较大,干管的水锤防护措施不再适用;而当支干管径比小于1/6时支管对干管水锤影响减弱,已有的措施能基本满足水锤防护要求。研究结果对于类似工程水锤防护及安全稳定运行具有重要的借鉴意义。     

带长连接管的水电站调压室上下阻抗特性研究

对于带长连接管的调压室,为了方便施工,往往将阻抗孔口下置到连接管与输水隧洞相接处,但针对阻抗孔口在连接管内的位置对水电站水击压力、调压室涌浪和水击穿室系数的影响缺乏专门的研究。因此,通过理论分析和数值模拟方法研究了带长连接管调压室的阻抗孔口位置对水击压力、调压室涌浪和水击穿室系数的影响。结果表明,对于带长连接管的水电站调压室,阻抗孔口应上置在连接管与调压室大井相接处,且连接管直径越大,阻抗孔口上置对改善水电站的调节保证设计参数越有利,水击穿室系数越小。此外,还可在长连接管内装设阀门,增加连接管摩阻损失,通过优化阀门关闭规律实现调压室内涌浪的快速衰减。     

空气阀进排气流量系数对停泵水锤的敏感性研究

在长距离供水工程中,空气阀的进排气流量系数反映了空气的流通性和空气阀防护水锤的能力,而通常在对泵站水力过渡过程数值模拟的计算中将进排气流量系数取为定值。为了研究空气阀进排气流量系数对停泵水锤的影响,以某提黄灌溉工程为例,利用Visual Basic水锤计算软件模拟分析不同进排气流量系数组合下的停泵水锤值。结果表明,空气阀的进气流量系数越大,正压和负压绝对值越小,空气阀防护水锤的效果越好;排气流量系数太大或太小时,正压增大,适当偏小时水锤防护效果较好。     

管道末端水击压力计算及误区分析

引水系统的管道参数不同会导致管道末端水击压力波动形态差异较大,在工程仿真计算时得到的管道末端压力变化曲线难以校验。为得到管道末端压力波动曲线,首先结合经典的水击分类图,分析了引用传统水击计算方法时存在的误区。其次,从水击经典理论中的阀门端压力升高方程组出发,推导出各相水击压力升高值的通用形式,得到管道末端水压的简化计算公式,公式表明管道末端阀门开度是影响管道末端水压变化形态的重要因素。最后,利用数值仿真验证所提计算方法的可行性。结果表明,提出的管道末端水压简化计算方法与特征线法得到的压力变化曲线相似度较高,且表现出水压波动形态在管道末端阀门不同初始开度下的变化规律,方法简单实用。     

A NUMERICAL ANALYSIS OF THE EFFECTS OF CONJUGATE HEAT TRANSFER,VAPOR COMPRESSIBILITY,AND VISCOUS DISSIPATION IN HEAT PIPES

The effects of conjugate heat transfer, vapor compressibility, and viscous dissipation in heat pipes are discussed. The accuracy of the partially parabolic versus the elliptic presentation of the governing equations is also examined. The results show that the axial wall conduction has a tendency to make the temperature distribution more uniform for heat pipes with large ratios of pipe wall to effective liquid-wick thermal conductivity. The compressible and incompressible models show very close agreement for the total pressure drop, white the local pressure variations along the heat pipe are quite different for these two models when the radial Reynolds number at the interface is high.     

长距离重力流输水系统水锤模拟及其防护研究

针对长距离重力流输水系统中的水锤防护问题,以山西省乡宁县县城重力流供水工程为背景,依据水锤计算的基本原理,建立水锤计算模型、末端调流调压阀边界条件及超压泄压阀边界条件,通过数值模拟计算,提出了重力流输水条件下的水锤防护新思路。根据输水管线的稳态运行情况,首先确定了输水管线在末端调流调压阀不同线性关闭方式下的水锤压力变化规律,得出阀门最优关闭时间为1 200s;其次,经优化计算,使用24个空气阀与2台超压泄压阀联合防护,可以确保工程安全运行。研究成果可为重力流工程设计提供参考。     

多功能水泵控制阀对短距离高扬程输水管线水锤防护效果的模拟研究

为了降低输水管道水锤事故的危害程度,针对石家庄市某旅游区输水管网现状,采用HAMMER软件模拟两阶段线性缓闭多功能水泵控制阀时管道内的压力数据变化,优化多功能水泵控制阀的参数设定,研究了多功能水泵控制阀不同的缓闭方案对输水管道水锤现象的防护效果。结果表明,多功能水泵控制阀在第一阶段5s缓闭90%开度、第二阶段90s缓闭100%开度时,管道内最高水锤压力线平稳下降,最低水锤压力线明显提升,在管道末端最大负压值为-3.2m,满足管道工作要求,可见多功能水泵控制阀合理的缓闭能有效对水锤进行防护。     

水轮机水压,转速联合预测控制器研究

本文论述了水轮发电机水压、转速联合预测控制的设计方法,给出了仿真研究结果。水压预测分别在刚性水锤及弹性锤两种情况下进行。仿真结果表明本文方法可明显改善引水道的水击效应,而转速仍具有较好的动态性能。     

水轮机导叶关闭规律对蜗壳末端压力的影响

抽水蓄能机组由于S特性,在甩负荷过程中会产生很大的水击压力和脉动压力。为控制压力脉动,以我国某抽水蓄能电站为例进行数值模拟,分析了考虑S特性和脉动压力的两段式和三段式关闭规律的优化方法及在控制蜗壳末端压力方面的优势。结果表明,考虑S特性时,先延时后关闭的两段式关闭规律可有效控制水击压力,其折点时间为工况点到达下奇点时,且第二段快关。考虑脉动压力时,采用先部分关导叶减小开度,而后延时或开启,最后导叶快关的方式可减小脉动压力的影响,三段式关闭规律的两个折点时间分别为工况点到达上下奇点时。相较两段式关闭规律,先关闭后开启再关闭的三段式关闭规律不仅可有效控制脉动压力,在控制水击压力方面也有一定优势。研究成果可为抽水蓄能电站的运维和管理工作提供参考。