有壓管道水流沖擊氣團(tuán)的局部三維流場(chǎng)數(shù)值模擬研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市內(nèi)部或周邊的水資源不能滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的用水需求。這時(shí)，人們不得不往更遠(yuǎn)的地方尋找水源，并且在水源和城市間建立長(zhǎng)距離輸水工程。在這類(lèi)工程中，由于地形復(fù)雜，起伏不平，管道長(zhǎng)達(dá)幾公里甚至幾十公里，在駝峰處、封閉端及閥門(mén)處很容易積聚空氣，形成大體積氣團(tuán)。若沒(méi)有足夠的排氣閥或安裝位置不對(duì)，將導(dǎo)致管道中的空氣不能及時(shí)排出。此種情況下突然啟動(dòng)水泵或打開(kāi)有壓輸水管道中的閥門(mén)，就會(huì)產(chǎn)生壓力水流沖擊氣團(tuán)現(xiàn)象，在氣團(tuán)附近可能會(huì)引發(fā)異常壓

2、力，這種氣液兩相瞬變流現(xiàn)象所產(chǎn)生的壓力將遠(yuǎn)大于一般水錘壓力，是導(dǎo)致爆管的主要因素之一。當(dāng)管道中存在多個(gè)氣團(tuán)時(shí)，水錘波疊加產(chǎn)生更大的水錘壓力，使爆管事故更易發(fā)生。因此，研究此類(lèi)氣液兩相瞬變流具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。
　　本文利用氣液兩相流理論和計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)基本原理，建立了關(guān)于有壓管道水流沖擊氣團(tuán)現(xiàn)象的物理模型，采用 VOF模型(Volume of Fluid Model)對(duì)水流沖擊氣團(tuán)的局部流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬，得到了局部流場(chǎng)變

3、化規(guī)律。
　　通過(guò)對(duì)不同管徑，不同長(zhǎng)度，數(shù)十種工況的局部流場(chǎng)模擬分析表明:當(dāng)模型中的管段長(zhǎng)度為10m時(shí)，水流沖擊氣團(tuán)產(chǎn)生的峰值壓力趨于穩(wěn)定,為設(shè)定局部流場(chǎng)的管道長(zhǎng)度提供了依據(jù)。借助于 VOF模型的界面跟蹤技術(shù)，模擬研究得到了不同管徑、不同氣團(tuán)個(gè)數(shù)和不同維數(shù)之間的局部流場(chǎng)變化規(guī)律，結(jié)果表明氣團(tuán)在壓縮與膨脹過(guò)程中伴隨著分解和破裂，導(dǎo)致異常壓力的發(fā)生；當(dāng)管道中含有多個(gè)氣團(tuán)時(shí)，氣團(tuán)之間會(huì)相互影響，使局部流場(chǎng)震蕩嚴(yán)重。本文推導(dǎo)了氣體多變過(guò)程