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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

随机分析方法及其在水击和调压室涌浪中的研究进展

介绍了随机分析方法在水利工程中的应用,包括工程上建立随机模型的方法和对模型的求解研究。综述了1997年以后水电站水击与调压室涌浪随机分析的现状、新的研究方法和研究成果。主要研究成果有:证明了调压室涌浪随机模型存在唯一的均方解;推导出了水头损失和最大相对涌浪值的密度函数计算公式;求解了调压室涌浪解过程的联合密度函数和简单水力系统的水头均值过程等。针对研究现状,提出了水电站水击与调压室涌浪随机分析的3点建议。     

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。     

双机共用尾水调压室水力特性数值模拟

基于计算流体力学（CFD）,对双机共用尾水调压室的几种典型工况进行了数值计算,得到调压室底流速分布、水头损失系数和水流通过两个阻抗孔流进（出）调压室的流量。通过分析各工况的模型内部流动状态,并与模型试验结果进行对比,发现：水流进（出）调压室水头损失系数随流量比增大而增大,且分流工况单台机组运行时损失系数值比两台机组运行时小;单机运行时,水流流经两个阻抗孔进（出）调压室的流量大小不一定相等,且随流量比变化而变化。     

气垫式调压室水击穿室的研究

从水击基本方程出发,考虑了气垫式调压室内水击波的反射作用,用分析法推出了穿室压力系数的公式,采用数值解法,并编制了计算程序、进行计算及分析了各种因素对穿室压力系数的影响。     

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…     

长引水隧洞电站调压室的特殊水力学问题研究

论述长引水洞电站调压室的水力特点，如振渴周期长，振幅大，涌波衰减慢等。一般情况下，增减负荷引起的调压室极值水位，往往不是控制工况，尚应对可能出现的涌波叠加情况进行复核，长引水洞电站由于水击波反射较慢，故存在着若干与短引水洞所不同的特殊水力学问题。以锦屏二级水电站为例，介绍了最不利叠加工况选择方法和若干特殊水力学问题。     

调压室位置和面积变化对尾水管压力的影响研究

为了研究尾水调压室位置和面积的变化对尾水管压力值的影响,结合某水电站阻抗式尾水调压室的工程实例,运用通用的水电站过渡过程软件建立模型,并进行数值计算分析,该过程考虑了水轮机组的特性和边界条件、导叶的关闭规律以及弹性水锤的作用。结果表明:并不是尾水调压室与厂房的距离越近,越有利于尾水管压力值,调压室对尾水管最小压力的影响存在着临界位置,调压室面积的改变亦能较大程度地影响尾水管最小压力值。当调压室越过其临界位置向水电站厂房方向靠近时,尾水管最小压力值的变化幅值很小,这并不能使尾水管最小压力得到明显的改善,但是当增大调压室面积时,则会显著改变尾水管最小压力值。该结论对调压室和水电站地下厂房的布置非常有利,并有效缓解了地下洞室围岩稳定与水力过渡过程之间的矛盾。     

不同质材料非恒定流整体变态模型律及设计实例

同一水电站或抽水蓄能电站输水系统水力模型中,可采用不同的材料制作模型,它既可解决电站水头较高时,对模型材料的强度要求,也可解决直接观察流态的要求,所推求的物理量的模型比尺,可适用于一般电站的模型设计,对水电站水力过渡过程的模型试验具有普遍的指导意义。