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。     

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。     

水锤数值模拟与应用

本文综合处理复杂工程中的水锤问题,给出了数值模拟水锤现象的通用计算机软件,并对实例进行了计算。全部数值实验表明,计算结果是令人满意的。本文提供的方法、结果及程序软件,对水锤现象的研究及有关工程设计都有重要意义。     

尾水管水击与尾水调压室涌波联合求解的几种方法

对于尾水管水击和尾水调压室涌波的联合计算 ,传统方法对尾水管和尾水调压室分别采用了不同的时间增量 ,而对边界条件的不同处理引发了两种不同的求解方法。本文探讨了对尾水管和尾水调压室采用相同时间增量的计算方法 ,并编制了相应的程序 ,还比较了三种方法对尾水管水击和尾水调压室涌波的影响     

水锤涌浪联合试验的变态模型相似律

该文详细推导了在同一个物理模型中同时模拟调压室涌浪和压力钢管中的水锤时应满足的变态模型相似律，结果应用于电站模型试验中。     

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。     

结合数值计算与模型试验进行调压室参数优化

由于特殊的地形地质条件，大桥电站差动式调压室高度大，水流条件复杂，荷载特殊，需全面优化其参数．虽然该种调压室已有了实用的计算方法及公式，但在工程实践中仍有不少参数处于不好把握的状况．为此以大桥电站调压室为背景，综合运用电算与实验手段对差动式调压室各参数的变化规律及相互关系进行了探讨，增强了对该类调压室的进一步认识，并获得了大桥电站调压室的优化参数和水力条件，同时说明电算与试验结合是取得优化结果和成果可靠性的保证．