基于CFX的輸水管道水錘現(xiàn)象的數(shù)值研究.pdf

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3、—入■“、，‘分類(lèi)號(hào)密級(jí)學(xué)校代碼學(xué)位論文題目基干的輸水管道水錘現(xiàn)象的教值究英文題目研究生姓名楊成指導(dǎo)教師姓名翟鵬程職稱(chēng)教授學(xué)位博士里位爐戎漢理工大學(xué)郵編由請(qǐng)學(xué)位級(jí)別碩士學(xué)料名稱(chēng)固體力學(xué)論文提交日斯年月論立答辯日期年月學(xué)位授予單位武漢理工大學(xué)學(xué)位授予日期答辯委員會(huì)主席評(píng)閱人年月獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明，所呈交的論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果，也不包含為獲得武漢理工大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書(shū)而使用過(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作

4、了明確的說(shuō)明并表示了謝意。簽名：嚇成日期：學(xué)位論文使用授權(quán)書(shū)本人完全了解武漢理工大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即學(xué)校有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)武漢理工大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部?jī)?nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存或匯編本學(xué)位論文。同時(shí)授權(quán)經(jīng)武漢理工大學(xué)認(rèn)可的國(guó)家有關(guān)機(jī)構(gòu)或論文數(shù)據(jù)庫(kù)使用或收錄本學(xué)位論文并向社會(huì)公眾提供信息服務(wù)。保密的論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定）研究生（簽名）：成導(dǎo)師簽名〉日期必摘要水錘問(wèn)題是管道工程中一類(lèi)極為重要的物理現(xiàn)象，由水錘現(xiàn)象引起的壓強(qiáng)通?？梢赃_(dá)到管道

5、正常工作壓強(qiáng)的幾十倍，甚至更高，對(duì)這種現(xiàn)象的預(yù)料不及或處理不當(dāng)將會(huì)導(dǎo)致管道劇烈振動(dòng)、變形甚至爆裂。研究水錘問(wèn)題的物理機(jī)制對(duì)管道工程的設(shè)計(jì)具有重要的意義。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)水錘現(xiàn)象的產(chǎn)生機(jī)理和與管道的作用機(jī)制進(jìn)行了大量的理論、實(shí)驗(yàn)和數(shù)值研究。然而，對(duì)水錘現(xiàn)象中涉及的一些復(fù)雜流體力學(xué)問(wèn)題仍需進(jìn)行進(jìn)一步的深入研宄。如，管道中湍流結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度對(duì)瞬態(tài)波的響應(yīng)，由于水動(dòng)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(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件對(duì)輸水管道中的水錘現(xiàn)象進(jìn)行了數(shù)值模擬。為了證明數(shù)值計(jì)算結(jié)果的正確性，作者首先將計(jì)算結(jié)果與理論值、澳大利

6、亞研究委員會(huì)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和水錘計(jì)算軟件的計(jì)算值進(jìn)行了對(duì)比。在論證了軟件能夠準(zhǔn)確地模擬輸水管道中的水錘現(xiàn)象以后，本文利用軟件對(duì)影響水錘現(xiàn)象的主要因素（流速、管道結(jié)構(gòu)、壁面摩擦、結(jié)構(gòu)變形）進(jìn)行了研究，分析比較了各因素對(duì)水錘現(xiàn)象影響幅度的大小。研究表明，采用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(mén)突然關(guān)閉后的水錘現(xiàn)象。計(jì)算所得的水錘波的壓力峰值略高于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算所得的水錘波的周期略小于實(shí)驗(yàn)值，其誤差均在左右。通過(guò)對(duì)影響水錘的各主要因素進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)：水錘壓力隨著管道流速的增加而線(xiàn)性增長(zhǎng)，延緩閥門(mén)關(guān)閉時(shí)間能顯著減小水錘壓力；管道結(jié)構(gòu)直接決定了瞬變

7、過(guò)程中管道內(nèi)流體的速度壓力分布；隨著壁面粗糙度的增大，水錘波的衰減和消散將加?。唤Y(jié)構(gòu)變形對(duì)水錘波的峰值、頻率和衰減均有較大的影響。本文為研究水錘現(xiàn)象提供了一種新的思路和方法，借助于軟件，工程師可以方便地解決管道設(shè)計(jì)、強(qiáng)度較核以及事故分析等問(wèn)題。關(guān)鍵字：水錘現(xiàn)象；水錘波；管道結(jié)構(gòu)；流固耦合；壁面粗糙度AbstractWaterhammerprobleminpipelineengineeringisanimportantphysicalphenomenon,pressurecausedbywaterhammercanoftenachievepipelineworkin

8、gpressureofdozensoftimes,evenmore.Forthephenomenon,lessexpectorimproperhandlingwillleadtopipevibration,deformation,evenburst.Studyingthemechanismofwaterhammerproblemofpipelineengineeringdesignhasthevitalsignificanceforthedesignofpipeline.Atpresent,manyscholarsathomeandabroadconductala

9、rgenu