TVD格式數(shù)值模擬四通管水擊過程研究.pdf

1、鑒于國民經(jīng)濟的快速發(fā)展和我國水資源緊缺的現(xiàn)實需要，管網(wǎng)輸水已然成為當今社會解決水資源供需矛盾的重要方式。管網(wǎng)系統(tǒng)因其日趨復雜化和運行狀態(tài)多變的特點而面臨多種瞬變流工況下的安全問題，水擊現(xiàn)象便是管網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)劃設計和運行管理需要考慮的重要因素之一。近年來，水利工作者熱衷于運用多種數(shù)值格式探討簡單管道的各種瞬變流問題，研究重心大部分也放在預測捕捉水擊壓力峰值上，采用的是傳統(tǒng)擬恒定摩阻假設的水擊方程。這種做法雖然可以保守估計水擊發(fā)生瞬間的壓力值，

2、但是對于準確捕捉之后的衰變過程顯然無能為力，且容易造成資源浪費。
　　本文深入研究了TVD格式數(shù)值模擬四通管水擊過程的必要性和可行性，拓展了TVD格式模擬水擊的研究領域，同時探究了非恒定摩阻項的處理對于水擊模擬精度的影響，為后續(xù)研究開拓了新思路，主要內容包括以下幾個方面:
　　(1)將Sweby的TVD格式運用到魏闖的管網(wǎng)水擊模型中，模擬主管和支管末端的水擊壓力極值和波動衰減全過程，并與經(jīng)典特征線法、一階LF格式、二階LW和

3、MC格式以及試驗數(shù)據(jù)進行對比分析，對比結果和相對誤差分析表明:TVD格式能夠最準確的捕捉到水擊壓力峰值，相對誤差控制在可以滿足工程需要的范圍之內，且模擬的水擊衰減過程與實測值最為吻合;對于水擊最大壓力的捕捉，特征線法次之，一階LF格式模擬效果最差;四種常用差分格式模擬的水擊波衰減都比較緩慢，與實際情況不符。至此驗證了TVD格式模擬四通管水擊過程的可行性和優(yōu)越性。
　　(2)進一步定量分析了閥門關閉特性對于四通管水擊過程的影響。首先

4、運用TVD格式模擬了四種不同閥門關閉規(guī)律下水擊壓力變化情況。分析結果可知:當關閥時間一定時，就產(chǎn)生的最大水擊壓力和衰減快慢而言，兩階段直線關閉方式和減速曲線關閉方式效果相當，直線關閉方式和加速曲線關閉產(chǎn)生的水擊壓力較大且伴隨著劇烈而長時間的波動過程。然后研究了組合關閥方式對于水擊波動過程的影響，發(fā)現(xiàn)在四通管中，不論對于主管還是支管，兩閥門同時直線關閉產(chǎn)生的水擊壓力最小且衰減最快，無強烈不規(guī)則水擊波振蕩，當兩閥門同時瞬時關閉時產(chǎn)生的水擊壓

5、力最大且衰減相當緩慢，水擊波振蕩最強烈。考慮到可操作性，推薦兩階段直線關閥方式和兩閥門直線關閉模式分別作為保證四通管在瞬變流工況下安全運行的閥門關閉模式。
　　(3)基于水力系統(tǒng)規(guī)劃監(jiān)測和瞬變流反問題研究對水擊模擬精度日益提高的需要，將非恒定摩阻引入到水擊基本微分方程組中，首次推導出了考慮IAB經(jīng)驗摩阻模型的水擊方程嚴格守恒型式，將TVD格式與其結合運用到模型試驗和工程實例—阿拉山水電站的水擊數(shù)值模擬中，并與試驗數(shù)據(jù)、常規(guī)TVD格