基于CFX的輸水管道水錘現(xiàn)象的數(shù)值研究.pdf

1、水錘問題是管道工程中一類極為重要的物理現(xiàn)象，由水錘現(xiàn)象引起的壓強通常可以達到管道正常工作壓強的幾十倍，甚至更高，對這種現(xiàn)象的預(yù)料不及或處理不當將會導(dǎo)致管道劇烈振動、變形甚至爆裂。研究水錘問題的物理機制對管道工程的設(shè)計具有重要的意義。
　　 目前，國內(nèi)外學(xué)者對水錘現(xiàn)象的產(chǎn)生機理和與管道的作用機制進行了大量的理論、實驗和數(shù)值研究。然而，對水錘現(xiàn)象中涉及的一些復(fù)雜流體力學(xué)問題仍需進行進一步的深入研究。如，管道中湍流結(jié)構(gòu)和強度對瞬態(tài)波的

2、響應(yīng)，由于水動力不穩(wěn)定性引起的流體軸向損失，在單相和多相、多組分的瞬變流中狀態(tài)方程和波速的關(guān)系等。
　　 本文利用計算流體動力學(xué)軟件CFX對輸水管道中的水錘現(xiàn)象進行了數(shù)值模擬。為了證明數(shù)值計算結(jié)果的正確性，作者首先將計算結(jié)果與理論值、澳大利亞研究委員會(ARC)的實驗數(shù)據(jù)和水錘計算軟件Pipenet的計算值進行了對比。在論證了CFX軟件能夠準確地模擬輸水管道中的水錘現(xiàn)象以后，本文利用CFX軟件對影響水錘現(xiàn)象的主要因素（流速、管道

3、結(jié)構(gòu)、壁面摩擦、結(jié)構(gòu)變形）進行了研究，分析比較了各因素對水錘現(xiàn)象影響幅度的大小。
　　 研究表明，采用CFX軟件和本文所選用的物理模型和求解策略能很好地模擬出輸水管道系統(tǒng)在閥門突然關(guān)閉后的水錘現(xiàn)象。CFX計算所得的水錘波的壓力峰值略高于實驗數(shù)據(jù)，計算所得的水錘波的周期略小于實驗值，其誤差均在15％左右。通過對影響水錘的各主要因素進行研究發(fā)現(xiàn):水錘壓力隨著管道流速的增加而線性增長，延緩閥門關(guān)閉時間能顯著減小水錘壓力;管道結(jié)構(gòu)直接決