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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  上傳時間:2018-6-25  瀏覽量:2617
  公民長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.長江水利委員會設(shè)計院,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。將這個模型用于非安穩(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,證明了模型的可行性。

    1概述任何一個水電站的水道系統(tǒng),由于水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)工況的改動和負(fù)荷改動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)計有著重要的影響。其他水輪機(jī)調(diào)度中,水擊壓力對水輪機(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,在工程實踐分析中,為了使核算簡略,瞬變影響不是被忽略就是在摩阻項中加以近擬,例如其時的水力過渡進(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都選用擬安穩(wěn)流摩阻項,這在某些情況下不可避免地會發(fā)作很大的過失。在許多的水力系統(tǒng)和工程實踐中,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,并非象經(jīng)典的水錘理論幻想的那樣使得斷面上每一個空間點(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,甚至在某些時分,其值遠(yuǎn)大于初始安穩(wěn)流時的摩阻應(yīng)力,這就是為什么以安穩(wěn)流摩阻項作為近擬核算發(fā)作較大過失的原因。對非安穩(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踐中,對非安穩(wěn)管流摩阻項的研宄具有很大的理論和實踐含義。

    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)力瞬時改動的非安穩(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物理現(xiàn)象,該分析能用于點(diǎn)評非安穩(wěn)摩阻項的重要性。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),然后對離散單元樹立一維的連續(xù)方程和動量方程,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的典型圓柱環(huán)假定該圓柱環(huán)沿整個管長延伸,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)明單位長度上的當(dāng)?shù)丶羟辛?,則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)的不堅定。

    士c這些方程僅在各個特征線方向上是樹立的。

    以管道直徑D為特征長度,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每個圓柱環(huán)都有兩個特征方程(7a,b)若有N個圓柱環(huán),就有2N個聯(lián)立線性特征線方程,也正好有2N個不知道數(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:在水庫進(jìn)口處,壓力值己知,假定一切的橫向流量m,為零個特征線方程足以抉擇N個圓柱環(huán)中的每一個軸向流速分量,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個特征線方程正好聯(lián)立求解N個不知道固定網(wǎng)格:問題的解可在每個固定空間流體段上的固定時間間隔內(nèi)取得,如所示。

    簡略管的固定網(wǎng)格在分析推導(dǎo)的初始階段,為了簡化核算,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,可用空間和時間插值方法。

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

    2.圓柱區(qū)別流速分量。當(dāng)存在若干個圓柱環(huán)時,依然可以自在的選擇各個圓柱環(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,由于徑向擾動由潤滑邊壁條件引起,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)的相對厚度以外,也有必要選擇它們的總數(shù),與沿管道長度方向的網(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)值實驗,得到以下安穩(wěn)的有限差分方程:3模型的驗證初始情況,假定從水庫到閥門的整個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,是一個適當(dāng)粗糙的簡化,但在模仿管線的其它當(dāng)?shù)氐挠绊懣梢院雎?,對所猜想的條件或現(xiàn)象影響甚小。在極短的時間內(nèi)關(guān)閉閥門后,管道中出現(xiàn)瞬變流流體形式。初始情況條件對往后的軸向活動影響很大(除邊壁區(qū)外),邊壁區(qū)在均勻流速為零時有明顯的反向活動,發(fā)作很大的管壁切應(yīng)力。

    是閥門處的猜想壓力的改動進(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中的核算和實驗測量值徹底一起。

    描繪了管壁切應(yīng)力的改動進(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江、萊茵河洪水災(zāi)害和土地運(yùn)用抵觸研討會將在德國舉辦由德國研宄理事會(DFG)我國國家自然科學(xué)基金委員會(NSFC)德國馬普學(xué)會(MPG)和我國科學(xué)院(CAS)聯(lián)合贊助,德國吉森大學(xué)國際環(huán)境與展開研宄中心(ZEl/CIDER)德國吉森大學(xué)地輿研宄所(GG)和我國科學(xué)院南京地輿與湖泊研宄所主辦的中德雙方學(xué)術(shù)研討會將于2000年8月28-31日在德國WalbeAerg(德國波恩附近)會議中心舉辦,會后將對萊茵河流域查詢一周。

    研討會的主題是:我國長江和德國萊茵河流域洪水災(zāi)害和土地運(yùn)用抵觸一可持續(xù)流域風(fēng)險處理對策。研討會將聘請從事長江和萊茵河流域科學(xué)研宄和處理的我國和德國學(xué)者各20名參加會議,并做專題學(xué)術(shù)報告。研討會將專題研宄長江流域國際合作研宄的可能性。研討會主頁為Http//www.uni(姜彤)長江委水文專家赴藏監(jiān)測水文2000年5月17日,由長江委水文局5名專家組成的水文科技搶險作業(yè)組,帶著先進(jìn)的測流儀器多普勒剖面測速儀,赴西藏易貢災(zāi)區(qū)教導(dǎo)搶險。

    4月9日,西藏雅魯藏布江二級支流易貢藏布區(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局在滑坡堰塞湖上下賤設(shè)立了水文觀測站網(wǎng),分階段展開水文監(jiān)測作業(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,西藏易貢搶險救災(zāi)總指揮部、水利部水文局研宄抉擇,派長江委水文局幫助做好易貢災(zāi)區(qū)的水文測報作業(yè)。接到告訴后,長江委水文局兩天內(nèi)就調(diào)集了曾在三峽大江截流龍口現(xiàn)場測流的多普勒剖面測速儀和運(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作業(yè)組。

    水庫移民工程研宄需習(xí)氣商場在2000年5月19-21日舉辦的湖北省水利學(xué)會水庫移民工程專業(yè)委員會第4次學(xué)術(shù)談?wù)摃希c會代表提出,水庫移民工程研宄應(yīng)習(xí)氣商場經(jīng)濟(jì)的要求,拓寬研宄領(lǐng)域,加強(qiáng)理論研宄。

    會議總結(jié)了這些年來我國水庫移民工程研宄的展開和工程實踐,進(jìn)行了學(xué)術(shù)交流。會議交流的學(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。代表們針對現(xiàn)在移民作業(yè)的工程實踐和理論研宄展開火熱談?wù)摚蹅円黄鹨詾?,跟著商場?jīng)濟(jì)的展開,水庫移民工程實踐中不斷遇到的新情況、新問題,要求這項研宄應(yīng)主動習(xí)氣商場經(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)移民工程實踐。

    (修正:趙樹湘)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,只是在對流項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模型進(jìn)行了驗證,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,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)計供應(yīng)更合理的依據(jù)。該模型還說明擬安穩(wěn)摩阻項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)瞬變紊流的摩阻項表達(dá)式供應(yīng)了一個很有用的理論基礎(chǔ)。

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2018-09

管材的有用常識 焊接鋼管

焊接鋼管也稱焊管,是用鋼板或鋼帶通過卷曲成型后焊接制成的鋼管。焊接鋼管出產(chǎn)工藝簡略,出產(chǎn)效率高,種類標(biāo)準(zhǔn)多,設(shè)備資少,但一般強(qiáng)度低于無縫鋼管。20世紀(jì)30年代以來,跟著優(yōu)質(zhì)帶鋼連軋出產(chǎn)的迅速開展以及焊接和查驗技能的前進(jìn),焊縫質(zhì)量不斷提高,焊接鋼管的種類標(biāo)準(zhǔn)日益增多,并在越來越多的范疇替代了無縫鋼管。焊接鋼管按焊縫的方式分為直縫焊管和螺旋焊管。

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2018-05

消防管件的使用和保養(yǎng)方法你知道哪些?

消防管件發(fā)賣商場調(diào)研上?!埃保保保怠碧啬暌够馂?zāi)工作的發(fā)作,使人們對消防平安的正視水平年夜年夜增強(qiáng)。不具有自動控制編制下的聯(lián)動發(fā)動編制。運(yùn)用2年后進(jìn)行水壓實驗并在實驗后標(biāo)明實驗日期。首要合用于補(bǔ)救風(fēng)險較小的物質(zhì)火災(zāi)。軟管表面有嚴(yán)峻的破損或劃傷。班主任清算并清點(diǎn)本班同窗人數(shù),實時上報給現(xiàn)場指示。

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2016-06

管材管件基本知識

鋼管按其制造方法分為無縫鋼管和焊接鋼管兩種。無縫鋼管用優(yōu)質(zhì)碳素鋼或合金鋼制成,有熱軋、冷軋(拔)之分。焊接鋼管是由卷成管形的鋼板以對縫或螺旋縫焊接而成,在制造方法上,又分為低壓流體輸送用焊接鋼管、螺旋縫電焊鋼管、直接卷焊鋼管、電焊管等。無縫鋼管可用于各種液體、氣體管道等。焊接管道可用于輸水管道、

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2018-05

國家衛(wèi)生計生委辦公廳關(guān)于開展飲用水輸配水管材管件專項整治行動的通知

近來,中央電視臺《焦點(diǎn)訪談》欄目曝光單個企業(yè)運(yùn)用回收廢料出產(chǎn)飲用水輸配水管材管件問題,社會影響惡劣。為進(jìn)一步加強(qiáng)監(jiān)管,標(biāo)準(zhǔn)企業(yè)出產(chǎn)運(yùn)營行為,保證飲用水衛(wèi)生安全,保護(hù)人民群眾健康,我委決定于2014年2月-4月在全國范圍內(nèi)展開飲用水輸配水管材管件專項整治舉動,現(xiàn)將有關(guān)要求告訴如下:一、作業(yè)內(nèi)容.

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2018-05

常用管材簡介及選型

因為市場上給排水管材品種繁復(fù),怎么滿意建造單位成本控制的給排水管材,就需求咱們了解地把握其特性與適用要求,作出科學(xué)合理地挑選。給排水管材的挑選觸及日子給水、排水、消防、雨水四個方面,下面就這四個方面分別給我們敘述一下。小區(qū)室外埋地給水管道選用的管材,應(yīng)具有耐腐蝕和能接受相應(yīng)地上荷載的才能??蛇x用塑料給水管、

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2018-08

新常態(tài)下塑料管道行業(yè)迎成長機(jī)會

中國輕產(chǎn)業(yè)聯(lián)合會副會長、中國塑料加工產(chǎn)業(yè)協(xié)會理事長錢桂敬日前在2016年塑料管道行業(yè)交換會上明白指出,“十三五”時代正值新一輪科技反動、財產(chǎn)變更大潮與我國加速改變成長方法構(gòu)成的歷史性交匯的緊張節(jié)點(diǎn),是中國塑料加產(chǎn)業(yè)實行立異驅(qū)動成長、完成財產(chǎn)進(jìn)級的癥結(jié)時代。對付塑料管道行業(yè)而言,量的增加將讓位于成長品德和成長效益的進(jìn)步,行業(yè)增速將會放緩。在此基礎(chǔ)上,塑料管道行業(yè)要在供應(yīng)側(cè)結(jié)構(gòu)性改造中緊緊掌握推動以技術(shù)立異為焦點(diǎn)的周全立異,

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2018-06

管道式凈水器處理雨水柜水質(zhì)效果觀察及技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

查詢研討管道式清水器處理雨水柜水質(zhì)作用查詢及技能經(jīng)濟(jì)剖析韓關(guān)根1沈敏敏2施南峰2趙長科2陳章飛2馬建明2(1.浙江省衛(wèi)生防疫站,杭州310009,2.浙江省慈溪市衛(wèi)生防疫站)管道式清水器,對雨水柜水質(zhì)進(jìn)行凈化作用查詢及技能經(jīng)濟(jì)研討于豐水期和枯水期對管道式清水器的原水和出水進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測。雨水柜水質(zhì)的感官

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2016-06

管材的分類

1、按生產(chǎn)方法分類(1)無縫管——熱軋管、冷軋管、冷拔管、擠壓管、頂管(2)焊管(a)按工藝分——電弧焊管、電阻焊管(高頻、低頻)、氣焊管、爐焊管(b)按焊縫分——直縫焊管、螺旋焊管2、按斷面形狀分類(1)簡單斷面鋼管——圓形鋼管、方形鋼管、橢圓形鋼管、三角形鋼管、六角形鋼管、菱形鋼管、八角形鋼管、半圓形鋼
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