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有壓管道瞬變流摩阻的數(shù)值模擬
文章來源:本站收集  上傳時(shí)間:2018-6-25  瀏覽量:2646
  公民長(zhǎng)江有壓管道瞬變流摩阻的數(shù)值模仿李進(jìn)平1李修樹2(1.武漢水利電力大學(xué)水電系,湖北武漢430072 2.長(zhǎng)江水利委員會(huì)設(shè)計(jì)院,湖北武漢430010)程的分析程序,數(shù)值核算中引入了非安穩(wěn)摩阻項(xiàng)。將這個(gè)模型用于非安穩(wěn)層流核算,得到了比較合理的作用,能反映壓力波形的畸變和近壁區(qū)的反向活動(dòng),證明了模型的可行性。

    1概述任何一個(gè)水電站的水道系統(tǒng),由于水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)工況的改動(dòng)和負(fù)荷改動(dòng)以及由其引起的水輪機(jī)調(diào)度,都將發(fā)作非安穩(wěn)流的水力現(xiàn)象,即水力過渡進(jìn)程,如有壓管道非安穩(wěn)流,明渠非安穩(wěn)流,調(diào)壓室的水位不堅(jiān)定以及明滿流過渡等。從物理本質(zhì)上看,有壓管道非安穩(wěn)流是由于管道中水流慣性的改動(dòng)所引起的,伴跟著明顯的壓力升高和下降,并以彈性波的方法沿管線傳達(dá)。這種非安穩(wěn)水流現(xiàn)象也稱為水錘或水擊,它關(guān)于管線的安排和管道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有著重要的影響。其他水輪機(jī)調(diào)度中,水擊壓力對(duì)水輪機(jī)出力的作用總是與調(diào)速器的作用相反。例如,為減小水輪機(jī)的出力,需求調(diào)速器關(guān)小導(dǎo)葉開度,削減機(jī)組的過流量。而過流量的削減發(fā)作的水擊壓力卻引起出力的添加,然后惡化機(jī)組出力的調(diào)度條件,直接影響著機(jī)組和電站的調(diào)度質(zhì)量。

    但是,在工程實(shí)踐分析中,為了使核算簡(jiǎn)略,瞬變影響不是被忽略就是在摩阻項(xiàng)中加以近擬,例如其時(shí)的水力過渡進(jìn)程的核算程序和各種管道流體運(yùn)送瞬變進(jìn)程的分析軟件中的摩阻項(xiàng)都選用擬安穩(wěn)流摩阻項(xiàng),這在某些情況下不可避免地會(huì)發(fā)作很大的過失。在許多的水力系統(tǒng)和工程實(shí)踐中,非安穩(wěn)瞬變流現(xiàn)象是很常見的,無論是層流仍是紊流,當(dāng)壓力波沿管道傳到達(dá)某一斷面時(shí),并非象經(jīng)典的水錘理論幻想的那樣使得斷面上每一個(gè)空間點(diǎn)的流速均為零。所以即使此刻的斷面均勻流速為零,但由于徑向流速梯度的存在,管壁的摩阻應(yīng)力不為零,甚至在某些時(shí)分,其值遠(yuǎn)大于初始安穩(wěn)流時(shí)的摩阻應(yīng)力,這就是為什么以安穩(wěn)流摩阻項(xiàng)作為近擬核算發(fā)作較大過失的原因。對(duì)非安穩(wěn)流摩阻損失的處理恰當(dāng)與否,直接影響到作用的正確與否,由此可見,不論在理論上仍是在工程實(shí)踐中,對(duì)非安穩(wěn)管流摩阻項(xiàng)的研宄具有很大的理論和實(shí)踐含義。

    本文在前人研宄作業(yè)的基礎(chǔ)上樹立了同心圓柱環(huán)模型,該模型描繪了考慮管壁切應(yīng)力瞬時(shí)改動(dòng)的非安穩(wěn)流的擬二維分析,猜想作用可以很好地反映瞬變流的真實(shí)物理現(xiàn)象,該分析能用于點(diǎn)評(píng)非安穩(wěn)摩阻項(xiàng)的重要性。一同,因它比真二維分析需求更少的核算機(jī)內(nèi)存,這種分析方法將會(huì)非常有用。

    2數(shù)學(xué)模型圓柱環(huán)模型的基礎(chǔ)是將管道中的流體剖分為許多同心圓柱環(huán),然后對(duì)離散單元樹立一維的連續(xù)方程和動(dòng)量方程,然后運(yùn)用特征線法和有限差分法進(jìn)行分析。在開端的研宄中,本文運(yùn)用了牛頓粘性描繪的摩擦力。

    典型圓柱環(huán)的受力平衡描繪了單元長(zhǎng)的典型圓柱環(huán)假定該圓柱環(huán)沿整個(gè)管長(zhǎng)延伸,部分軸向流速分量為u,一般地,有從相鄰圓柱環(huán)體流進(jìn)和流出的橫向流速V和V不妨令m=2nrfp,標(biāo)明單位長(zhǎng)度的橫向質(zhì)量流量,a是圓柱的橫截面積,H為當(dāng)?shù)貕毫λ^(假定在整個(gè)截面上為常數(shù)),c為壓力波傳達(dá)速度,P為流體密度,F(xiàn)=2nrr標(biāo)明單位長(zhǎng)度上的當(dāng)?shù)丶羟辛Γ瑒t有壓管道瞬變流的控制方程為:方程(1)和(2)經(jīng)線性變換可構(gòu)成一組特征線方程,描繪相的特征線法(除了剪切力的表達(dá)式不同之外)而且不考慮橫向在前面的推導(dǎo)進(jìn)程中對(duì)不同圓柱的尺度并沒有束縛,在只關(guān)于流體以士c的速度傳達(dá)的不堅(jiān)定。

    士c這些方程僅在各個(gè)特征線方向上是樹立的。

    以管道直徑D為特征長(zhǎng)度,安穩(wěn)流均勻流速Um為特征速度,選取如下無量綱量x0u0為書寫便當(dāng),省掉無量綱數(shù)的上標(biāo),然后得到常微分方程組的無量綱方法。

    士2.定解條件和數(shù)值處理沿管線上的恣意點(diǎn)X每個(gè)圓柱環(huán)都有兩個(gè)特征方程(7a,b)若有N個(gè)圓柱環(huán),就有2N個(gè)聯(lián)立線性特征線方程,也正好有2N個(gè)不知道數(shù)Hui,U2,UNm丨,m2,m,v-i,這些方程可轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)矩陣方程的求解方法處理。

    邊界條件:在水庫(kù)進(jìn)口處,壓力值己知,假定一切的橫向流量m,為零個(gè)特征線方程足以抉擇N個(gè)圓柱環(huán)中的每一個(gè)軸向流速分量,且不用解聯(lián)立方程組;在關(guān)閉閥門端,一切的軸向流速分量均為零,因此N個(gè)特征線方程正好聯(lián)立求解N個(gè)不知道固定網(wǎng)格:?jiǎn)栴}的解可在每個(gè)固定空間流體段上的固定時(shí)間間隔內(nèi)取得,如所示。

    簡(jiǎn)略管的固定網(wǎng)格在分析推導(dǎo)的初始階段,為了簡(jiǎn)化核算,分析僅限于低馬赫數(shù)的流體,由于u,c方程(8a,b)可近似為dx/dt//Dd用常規(guī)方法處理更廣泛的情況在理論上是沒有問題的,可用空間和時(shí)間插值方法。

    有限差分:方程(7a,b)左邊各項(xiàng)能準(zhǔn)確地進(jìn)行積分。右邊各項(xiàng)需用有限差分公式近似,以期得到簡(jiǎn)化。

    2.圓柱區(qū)別流速分量。當(dāng)存在若干個(gè)圓柱環(huán)時(shí),依然可以自在的選擇各個(gè)圓柱環(huán)的厚度。本文選用等面積圓柱環(huán)區(qū)別,這意味著隨半徑的增大,圓柱環(huán)的厚度逐步減小,即在邊壁區(qū)的單元分的較細(xì),這一點(diǎn)非常有利,由于徑向擾動(dòng)由潤(rùn)滑邊壁條件引起,且耗散進(jìn)程在低馬赫數(shù)情況下比波的傳達(dá)進(jìn)程慢得多。下面是將圓管橫截面的半徑作為單位1即對(duì)無量綱圓所作的等截面面積圓柱環(huán)的區(qū)別情況。

    除了要選擇各種圓柱環(huán)的相對(duì)厚度以外,也有必要選擇它們的總數(shù),與沿管道長(zhǎng)度方向的網(wǎng)格數(shù)相同,圓柱數(shù)量越多,其準(zhǔn)確度越好。

    2.有限差分方程以士dt=Ddx//乘方程(7a,b)在固定網(wǎng)格內(nèi),沿特征線積通過數(shù)值實(shí)驗(yàn),得到以下安穩(wěn)的有限差分方程:3模型的驗(yàn)證初始情況,假定從水庫(kù)到閥門的整個(gè)管線上存在充沛展開的泊蕭葉(oiseuille)流這在管線兩端,特別是上游端,是一個(gè)適當(dāng)粗糙的簡(jiǎn)化,但在模仿管線的其它當(dāng)?shù)氐挠绊懣梢院雎裕瑢?duì)所猜想的條件或現(xiàn)象影響甚小。在極短的時(shí)間內(nèi)關(guān)閉閥門后,管道中出現(xiàn)瞬變流流體形式。初始情況條件對(duì)往后的軸向活動(dòng)影響很大(除邊壁區(qū)外),邊壁區(qū)在均勻流速為零時(shí)有明顯的反向活動(dòng),發(fā)作很大的管壁切應(yīng)力。

    是閥門處的猜想壓力的改動(dòng)進(jìn)程。通過查詢,猜想壓力波形在波前處有明顯的波形畸變,即波形變得油滑,而且壓力波的波幅有明顯的衰減現(xiàn)象,反映了流體粘性和管壁切應(yīng)力的阻力影響,與l12中的核算和實(shí)驗(yàn)測(cè)量值徹底一起。

    描繪了管壁切應(yīng)力的改動(dòng)進(jìn)程,說明管壁切應(yīng)力也是瞬變的,在相同均勻流速的條件下管壁切應(yīng)力比安穩(wěn)流情況的情況更為重長(zhǎng)江、萊茵河洪水災(zāi)害和土地運(yùn)用抵觸研討會(huì)將在德國(guó)舉辦由德國(guó)研宄理事會(huì)(DFG)我國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)(NSFC)德國(guó)馬普學(xué)會(huì)(MPG)和我國(guó)科學(xué)院(CAS)聯(lián)合贊助,德國(guó)吉森大學(xué)國(guó)際環(huán)境與展開研宄中心(ZEl/CIDER)德國(guó)吉森大學(xué)地輿研宄所(GG)和我國(guó)科學(xué)院南京地輿與湖泊研宄所主辦的中德雙方學(xué)術(shù)研討會(huì)將于2000年8月28-31日在德國(guó)WalbeAerg(德國(guó)波恩附近)會(huì)議中心舉辦,會(huì)后將對(duì)萊茵河流域查詢一周。

    研討會(huì)的主題是:我國(guó)長(zhǎng)江和德國(guó)萊茵河流域洪水災(zāi)害和土地運(yùn)用抵觸一可持續(xù)流域風(fēng)險(xiǎn)處理對(duì)策。研討會(huì)將聘請(qǐng)從事長(zhǎng)江和萊茵河流域科學(xué)研宄和處理的我國(guó)和德國(guó)學(xué)者各20名參加會(huì)議,并做專題學(xué)術(shù)報(bào)告。研討會(huì)將專題研宄長(zhǎng)江流域國(guó)際合作研宄的可能性。研討會(huì)主頁(yè)為Http//www.uni(姜彤)長(zhǎng)江委水文專家赴藏監(jiān)測(cè)水文2000年5月17日,由長(zhǎng)江委水文局5名專家組成的水文科技搶險(xiǎn)作業(yè)組,帶著先進(jìn)的測(cè)流儀器多普勒剖面測(cè)速儀,赴西藏易貢災(zāi)區(qū)教導(dǎo)搶險(xiǎn)。

    4月9日,西藏雅魯藏布江二級(jí)支流易貢藏布區(qū)域發(fā)作特大雪崩泥石流,致使易貢河堵塞,構(gòu)成一個(gè)水面寬、水體深的滑坡堰塞湖。災(zāi)情發(fā)作后,西藏水文水資源勘測(cè)局在滑坡堰塞湖上下賤設(shè)立了水文觀測(cè)站網(wǎng),分階段展開水文監(jiān)測(cè)作業(yè)。

    由于運(yùn)用常規(guī)儀器難以準(zhǔn)確迅速地供應(yīng)滑坡段入流量,為此,西藏易貢搶險(xiǎn)救災(zāi)總指揮部、水利部水文局研宄抉擇,派長(zhǎng)江委水文局幫助做好易貢災(zāi)區(qū)的水文測(cè)報(bào)作業(yè)。接到告訴后,長(zhǎng)江委水文局兩天內(nèi)就調(diào)集了曾在三峽大江截流龍口現(xiàn)場(chǎng)測(cè)流的多普勒剖面測(cè)速儀和運(yùn)用該儀器較嫻熟的三峽水文局的技術(shù)專家,組成了水文科技搶險(xiǎn)作業(yè)組。

    水庫(kù)移民工程研宄需習(xí)氣商場(chǎng)在2000年5月19-21日舉辦的湖北省水利學(xué)會(huì)水庫(kù)移民工程專業(yè)委員會(huì)第4次學(xué)術(shù)談?wù)摃?huì)上,與會(huì)代表提出,水庫(kù)移民工程研宄應(yīng)習(xí)氣商場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的要求,拓寬研宄領(lǐng)域,加強(qiáng)理論研宄。

    會(huì)議總結(jié)了這些年來我國(guó)水庫(kù)移民工程研宄的展開和工程實(shí)踐,進(jìn)行了學(xué)術(shù)交流。會(huì)議交流的學(xué)術(shù)論文觸及移民安排環(huán)境容量、移民監(jiān)理、文物保護(hù)、移民家庭文明、水庫(kù)淹沒消落地等多方面研宄內(nèi)容,與以往比較,研宄的課題更廣、更深。代表們針對(duì)現(xiàn)在移民作業(yè)的工程實(shí)踐和理論研宄展開火熱談?wù)?,咱們一起以為,跟著商?chǎng)經(jīng)濟(jì)的展開,水庫(kù)移民工程實(shí)踐中不斷遇到的新情況、新問題,要求這項(xiàng)研宄應(yīng)主動(dòng)習(xí)氣商場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的要求,拓寬研宄領(lǐng)域,加強(qiáng)理論研宄,然后更好地教導(dǎo)移民工程實(shí)踐。

   ?。ㄐ拚黑w樹湘)4定論本文的目的是研宄圓管非安穩(wěn)流的摩阻特性。理論部分從牛頓定律啟航,假定管流是軸對(duì)稱的,將圓管區(qū)別為等截面的圓柱環(huán),樹立了圓管非安穩(wěn)流的根本控制方程,這和納維埃一司托克斯方程是一起的,只是在對(duì)流項(xiàng)的處理中稍微有些不同。數(shù)值核算選用適合于水力瞬變流核算的特征線法,終究應(yīng)用于高粘性流體的層流情況對(duì)模型進(jìn)行了驗(yàn)證,說明該模型的可行性。

    有壓管道非安穩(wěn)流同心圓柱環(huán)模型中引入了非安穩(wěn)流的摩阻項(xiàng),能正確反映有壓管道的水力過渡進(jìn)程中的壓力升高和下降,為管線的安排和管道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)供應(yīng)更合理的依據(jù)。該模型還說明擬安穩(wěn)摩阻項(xiàng)在瞬變流中可以猜想最大壓力升高值或下降值,但不能反映壓力波的衰減和畸變。其他,該模型為改進(jìn)瞬變紊流的摩阻項(xiàng)表達(dá)式供應(yīng)了一個(gè)很有用的理論基礎(chǔ)。

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2018-09

水管的選購(gòu)常識(shí)

水管的選購(gòu)知識(shí),1、家居裝修用水管遍及選用PPR水管、鋼塑水管、銅管,鋼塑管材價(jià)格相對(duì)高些,而PPR水管的配件價(jià)格較鋼塑管配件高,銅管價(jià)格最貴,價(jià)格相當(dāng)于PPR管的4倍左右。2、家居裝修鋪設(shè)水管應(yīng)盡量避免從地上上鋪,最好從頂上或許墻上走線,管材用量可能略微會(huì)增加,但有利于日后的管道修理。3、冷熱水管的管壁厚薄不一樣,

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2018-05

PVC管和PE管的性能對(duì)比

理論和實(shí)際經(jīng)歷都闡明,pvc的MRS和安全系數(shù)均大大高于PE,即長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)用的強(qiáng)度和安全性均高于PE。然后同為75mm的管材,選用pvc質(zhì)料比選用PE質(zhì)料出產(chǎn)的管材壁厚薄得多,這是因?yàn)橐驗(yàn)镻E資料常溫下強(qiáng)度和長(zhǎng)時(shí)間強(qiáng)度都不如pvc高,只能經(jīng)過加大壁厚來添加強(qiáng)度。若取相同壁厚,則PE管達(dá)不到運(yùn)用要求的強(qiáng)度。若取相同的管徑,

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2018-06

活塞式壓縮機(jī)管道系統(tǒng)振動(dòng)分析及改進(jìn)

1空分氧氣機(jī)機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)狀況遼化聚脂廠空分氧氣機(jī)機(jī)組C103A/B選用的是國(guó)產(chǎn)4M8―52/32四列四級(jí)雙效果對(duì)稱式活塞壓縮機(jī)。壓縮機(jī)首要性能參數(shù)如下:流量:3200m3/h介質(zhì):氧氣壓縮機(jī)正常工作時(shí)各級(jí)壓力、溫度見表1.表1壓縮機(jī)各級(jí)壓力和溫度部位1級(jí)U級(jí)1吸入壓力(MPa)排氣壓力(MPa)吸入溫度T.(C)排氣溫度T

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2018-09

調(diào)查:廢塑料管材市場(chǎng)前景誘人

各地廢塑料加工使用興起,各種融入環(huán)保時(shí)髦等立異元素的創(chuàng)意層出不窮;日本三重縣廢料巨子—共和綠色環(huán)保管業(yè)株式會(huì)社青山明憲社長(zhǎng)在深圳舉行的新聞發(fā)布會(huì)上,展示了廢塑料袋、塑料瓶、爛膠頭這些令人頭疼的塑料廢物,通過特別處理后是怎樣成為商場(chǎng)上熱銷的大口徑PE、PP塑料管道的。他說“深圳對(duì)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的高度重視,讓咱們感到處理塑料廢物的緊迫性和在此工業(yè)出資的決心?!?/dd>

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2016-06

PVC板材價(jià)格透明化道路還很長(zhǎng)

隨著建材行業(yè)的發(fā)展,PVC板材等建材產(chǎn)品“跳樓價(jià)”背后蘊(yùn)藏的潛規(guī)則逐漸浮出水面。各級(jí)客戶對(duì)PVC板材產(chǎn)品價(jià)格透明的呼聲越來越高。據(jù)權(quán)威調(diào)查數(shù)據(jù)表明,55的消費(fèi)者表示在購(gòu)買PVC板材產(chǎn)品時(shí),最頭疼的就是產(chǎn)品標(biāo)價(jià)陷阱太多。出廠價(jià)直銷、全場(chǎng)低至五折這樣天花亂墜的宣傳噱頭短時(shí)間內(nèi)能引得消費(fèi)者矚目,但是也會(huì)令有心的經(jīng)銷

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2018-08

PPR內(nèi)襯管是怎么回事?PPR水管好照樣PPR內(nèi)襯管好?

最近在市面上呈現(xiàn)一款PPR內(nèi)襯管,多是內(nèi)襯不銹鋼管,此中有的管材廠家還宣稱,聚丙烯內(nèi)襯不銹鋼水管是如今和將來家庭、產(chǎn)業(yè)飲用水管的最好抉擇,而且還鼓吹塑料管和PPR管在應(yīng)用中會(huì)發(fā)生塑化劑這類不負(fù)責(zé)任的告白來誤導(dǎo)不知情的消費(fèi)者。PPR內(nèi)襯管是怎么回事?PPR水管好照樣PPR內(nèi)襯管好?PPR(聚丙烯)資料是衛(wèi)生、平安、環(huán)保、耐高溫、

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2018-06

工業(yè)金屬管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范新舊對(duì)比

工此金屬遭工程施工3s辦收規(guī)范新柏比照任玉玲。張麗青(山西省工業(yè)設(shè)備設(shè)備公司)97)(以下簡(jiǎn)稱新規(guī)范)是在原工業(yè)管道工程施工及查驗(yàn)規(guī)范(金屬管道篇)(GB235 82)(以下簡(jiǎn)稱舊規(guī)范)基礎(chǔ)上從頭修訂的國(guó)家規(guī)范,它已于1998年5月起施行,共分十一章和三個(gè)附錄。本文從新規(guī)范的結(jié)構(gòu)次序和舊規(guī)范比照視點(diǎn)進(jìn)行論說。新規(guī)范在總則里增加了擬定規(guī)范的意圖,

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2018-08

PE管材的幾大特別機(jī)能

聚乙烯管道重要采納熔接銜接(熱熔銜接或電熔銜接),本質(zhì)上包管接口材質(zhì)、布局與管體自己的同一性,完成了討論與管材的一體化。試驗(yàn)證明,其接口的抗拉強(qiáng)度及爆破強(qiáng)度均高于管材本體,與橡膠類討論或其余機(jī)器討論比擬,不存在討論透露成績(jī)。聚乙烯管是一種高韌性的管材,其斷裂伸長(zhǎng)率一樣平??缭?00%,對(duì)管基不均勻沉降的適應(yīng)才能異常強(qiáng)。也是一種抗震機(jī)能精良的管道,在1995年日本的神戶地震中,聚乙烯燃?xì)夤芎凸┧苁仟?dú)一幸免的管道體系。
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