有压管道瞬变流的非恒定摩阻模型改进

TV134.1; 有压管道流动系统运行中经常发生水锤现象,极易导致爆管甚至人员伤亡,因此准确预测有压管道内的水锤现象对于保证系统安全运行具有重要意义.在有压管道内的水锤模拟中,以ZIELKE摩阻模型为代表的基于加权函数的非恒定摩阻模型能够描述有压管道瞬变流中的摩阻效应,但存在计算效率低下的问题.为提高计算效率,该研究提出了"先分段,后整体"的两阶段最小二乘拟合方法,建立了包含19个指数项的近似加权函数,并与已有近似加权函数进行对比,同时开展关阀水锤试验,对比了建立的摩阻模型与已有模型的计算效率和精度.结果表明,该研究建立的近似加权函数能够很好地拟合ZIELKE加权函数,其与...

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Published in农业工程学报 Vol. 40; no. 8; pp. 80 - 89
Main Authors 黄海, 郭鹏程, 颜建国, 徐燕, 李江
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 西安理工大学水利水电学院,西安 710048%西安理工大学水利水电学院,西安 710048 01.04.2024
西安理工大学省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室,西安 710048%新疆维吾尔自治区寒旱区水资源与生态水利工程研究中心(院士专家工作站),乌鲁木齐 830000
Subjects
transient flow
非恒定摩阻模型
pipelines
unsteady friction model
weighting function
加权函数
水锤
管道
water hammer
瞬变流
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ISSN1002-6819
DOI10.11975/j.issn.1002-6819.202310217

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Summary:TV134.1; 有压管道流动系统运行中经常发生水锤现象,极易导致爆管甚至人员伤亡,因此准确预测有压管道内的水锤现象对于保证系统安全运行具有重要意义.在有压管道内的水锤模拟中,以ZIELKE摩阻模型为代表的基于加权函数的非恒定摩阻模型能够描述有压管道瞬变流中的摩阻效应,但存在计算效率低下的问题.为提高计算效率,该研究提出了"先分段,后整体"的两阶段最小二乘拟合方法,建立了包含19个指数项的近似加权函数,并与已有近似加权函数进行对比,同时开展关阀水锤试验,对比了建立的摩阻模型与已有模型的计算效率和精度.结果表明,该研究建立的近似加权函数能够很好地拟合ZIELKE加权函数,其与ZIELKE加权函数的相对百分比误差近似为0;且其适用范围更宽,能够对无量纲时间在(t)∈[10-9,∞)范围内的非恒定流进行有效模拟.在计算精度方面,建立的模型与ZIELKE模型在阀门和中点处水头的最大相对百分比误差较小,分别为0.17％和0.15％,与URBANOWICZ模型的表现基本相同;在计算效率方面,建立的模型能够使ZIELKE模型计算效率提升约90％,能够使URBANOWICZ模型计算效率提升约30％.该研究建立的模型在适用范围、计算精度和计算效率方面具有较好的综合表现,能够在保证较宽适用范围和较高计算精度的前提下,提升计算效率.研究可为有压管道瞬变流的准确高效模拟提供理论支撑与参考.
ISSN:1002-6819
DOI:10.11975/j.issn.1002-6819.202310217