水力瞬变特征线法和隐式差分法的对比分析
为 便 于 两 种 方 法 计 算 结 果 的 对 比 分 析!将 管 道 等分成三段!网格点编号为 )#%#+和 ."计算结果见 表 %和表 +"
从 表 中 可 以 看 出!分 别 用 两 种 方 法 得 到 的 计 算 结果基本吻合"
它们 可以 是 管 道.泵.阀 门 等 多 种 形 式’元 件 通 过 量
及其相应的元件参数反映出元件特性-
根 据 质 量 守 恒 定 律 ’在 任 何 时 间 流 进 .流 出 任 意
节点 Y的流量必须相等’即
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第 2=卷第 %期
蒋 仕 章 等 3水 力 瞬 变 特 征 线 法 和 隐 式 差 分 法 的 对 比 分 析
R VV 水击波速W
F VV 时间变量W
K VV 管长变量-
X. 边.初值条件
液 体 长 输 管 道 系 统 由 节 点 和 元 件 组 成’其 中 节
点是 长输管 道系 统 的 边 界 点’节 点 的 工 艺 要 求 即 为
动 态 的 边 界 条 件 -元 件 是 连 续 于 节 点 间 的 工 艺 设 备 ’
目 前’液 体 在 长 输 管 道 内 不 稳 定 流 动 问 题 常 采 用各种数值解法并借助计算机来进行有效的分析美国学者斯特里特$/01023455354%在 *678年创建 的 特 征 线 法 是 最 广 泛 使 用 的 数 值 方 法 9*+ 8:-文 献 ;*< 在流 体 动力学理 论 基 础 上’运 用 以 特 征 线 法 为 主 的 数 值分析方法’结 合 具 体 实 例 说 明 了 液 体 输 送 管 道 和管网系统水力瞬变的分析方法和动态控制的措 施 - 特 征 线 法 具 有 理 论 严 密 ’物 理 意 义 明 确 ’适 用 范 围广等特点-隐式差分法在液体长输管道不稳定流 动问题分析中应用则比较少-
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图 . 管道系统瞬变分析图
表 C 特征线法计算结果
时间 679
流 量 6,.8D9 节点 ) 节点 % 节点 + 节点 .
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一.管道水力瞬变数学模型
=. 水击基本微分方程 *6)(年’意 大 利 学 者 阿 列 维 $10>??@5A@%以 严 密 的 数 学 方 法 ’建 立 了 不 稳 定 流 动 的 基 本 微 分 方 程 ’
#,)))*7’重庆市大坪长江二路 *^,号W电话&$)(8%7_(^,8*)-
奠 定 了 水 击 分 析 的 理 论 基 础 9*+ 8:-
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表 I 隐式有限差分法计算结果
时间 679
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主题词 长输管道 特征线法 隐式有限差分法 对比分析
长输管道内液体的流动状态可分为稳定和不稳 定 两 大 类 -稳 定 流 动 是 管 道 流 动 的 基 本 状 态 ’不 稳 定 流 动 则由稳定流 动 受 到 破 坏 而 引 起’例 如 开 阀 和 关 阀.开泵和 停 泵.调 节 阀 和 安 全 阀 动 作.动 力 故 障 以 及管道泄漏等各种原因而发生水力瞬变-工程上的 不 稳 定流问题十 分 重 要’因 为 它 可 能 引 起 的 管 道 超 压 .噪 声 .抽 空 和 振 动 比 起 由 稳 定 流 分 析 所 得 的 结 果 要严重得多-
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油气储运
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这 种 差 分 格 式 具 有 二 阶 精 度 !且 绝 对 稳 定 "
三#算例分析
以 文 献 $%&中 一 简 单 管 道 为 例 进 行 计 算 分 析 "管 径 ’()*+,!管长 -(.))),!管道当量长度 -/( .)0),!管 道 上 游 压 头 1)( 2),!下 游 压 头 1%( +),!自 由 流 出!流 动 处 于 紊 流 区!流 态 指 数 3( )*%+0!列 宾 宗 摩 阻 系 数 4( +*5678,.9%*:50!水 击 波 速 ;(%))),87"试进行终端阀门瞬时关闭的水击 计算"
此 外.每 个 元 件 两 端 在 靠 近 节 点 处 的 压 力 与 节 点压力相等/长输管道初始条件可以通过实测或稳 定计算获得/
二0计算方法
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式中 L VV 液体压头W
E VV 液体流量W
H VV 管内液流的平均流速W
M VV 水力摩阻系数W
P VV 流态指数W
B VV 重力加速度W
C VV 管道流通面积W
组J而 隐式 法则 同 时 考 虑 所 有 节 点 和 管 道 内 部 网 格 点 !建 立 一 个 统 一 的 高 维 线 性 或 非 线 性 代 数 方 程 组 "
6.9特 征 线 法 和 隐 式 差 分 法 各 有 优 点 和 不 足 "由 特征 线法求 解时!可 以 将 管 道 水 击 基 本 微 分 方 程 化 为 特征 差分方 程!不 需 要 求 解 庞 大 的 线 性 或 非 线 性 方 程 组 !易 于 求 解 "但 其 时 间 步 长 和 管 段 步 长 的 比 值 要 受到一 定稳定 条 件 的 限 制!为 满 足 求 解 的 数 值 稳 定 性 !时 间 层 次 往 往 只 能 取 得 很 小 "隐 式 差 分 法 则 能 保 证数 值的绝 对 稳 定 性!并 且 时 间 步 长 可 以 取 得 较 大 " 同 时 !在 复 杂 长 输 管 道 系 统 的 水 力 瞬 变 分 析 中 ! 隐式差分法不像特征线法往往需要求助于一些特殊
同 时.考虑到 式&%%’和 整 个 系 统 时 间 层 次 的 一 致 性.*4 和 *( 不 一 定 正 好 通 过 &"( %.#’和 &"4 %.#’ 点 .对 此 需 要 进 行 插 值 X%[ \Y/
]0 隐式差分法 对于长输管道模型见图 2/
图 2 隐式法网格
由 隐 式 差 分 法 可 得 到 网 格 内 偏 微 分 方 程 式 &%’0 式 &2’的 两 个 差 分 方 程 式 &%2’0&%\’3
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油气储运
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水力瞬变特征线法和隐式差分法 的对比分析
输水管道系统水力瞬变流计算研究及其在电厂的应用的开题报告
输水管道系统水力瞬变流计算研究及其在电厂的应用的开题报告题目：输水管道系统水力瞬变流计算研究及其在电厂的应用一、选题的背景和意义随着我国经济的快速发展，能源需求不断增长，电动机的使用也随之增多。
输水管道系统作为电厂的重要组成部分，承载着输送水资源的任务。
然而，在输送水资源过程中，管道系统中存在着水力瞬变流现象，这种不稳定的现象可能会给系统产生严重的负面影响，如管道破裂、泵站损坏等。
因此，对输水管道系统中的水力瞬变流进行研究，不仅可以掌握其发生机理，还能建立合理的计算模型，为输水管道系统的设计、运行和维护提供科学依据。
特别是对于电厂而言，水力瞬变流的发生可能会导致电站的暂态过电压、暂态过流等问题，严重的甚至会导致电站设备的损坏和停机，给电厂的安全稳定运行带来风险。
因此，探究输水管道系统中水力瞬变流的计算方法及其在电厂的应用，对于保障电站设备的安全运行和提高电站运行效率，具有重要意义。
二、研究内容与方法（一）研究内容：本论文将围绕输水管道系统中水力瞬变流的计算方法及其在电厂的应用，展开研究。
具体包括以下内容：1. 输水管道系统中水力瞬变流的发生机理分析；2. 输水管道系统中水力瞬变流的计算方法研究，包括方法的理论分析、数值计算等方面；3. 水力瞬变流的实例分析，重点探讨其对电厂设备的影响；4. 探讨如何采取合理的措施对冲水力瞬变流的风险；（二）研究方法：本论文将采取两种研究方法：1. 理论分析法：将对输水管道系统中水力瞬变流的发生机理进行分析和归纳，建立相应的计算模型，并以此推导出计算公式；2. 实例分析法：通过对具体的输水管道系统进行实际测量、数值计算等方法，探讨水力瞬变流的发生情况及其对电厂设备的影响。
三、研究预期结果通过对输水管道系统中水力瞬变流的计算方法及其在电厂的应用进行研究，预期可获得以下结果：1. 建立了输水管道系统中水力瞬变流的计算模型，并推导出相关计算公式；2. 通过对实例的分析，探讨了水力瞬变流对电厂设备的影响及其危害性；3. 提出了针对水力瞬变流的具体措施和方法，为输水管道系统的设计、运行和维护提供一定的参考价值。
管道瞬变流水击计算模型全局参数敏感性分析
管道瞬变流水击计算模型全局参数敏感性分析作者：肖学李传奇杨幸子来源：《人民黄河》2020年第04期摘要：针对长距离管道输水工程的事故停泵时管道瞬变流水击计算模型，采用拉丁超立方抽样法抽取样本参数，基于偏相关分析法进行全局敏感性分析，探究了模型参数间的相关性，增强了对模型参数的识别和理解。
结果表明：对于最大水击压力，管道直径、泵后阀关阀时间、管道输水流量是灵敏度较高的3个参数。
关键词：水击计算模型;特征线法;全局敏感性分析;拉丁超立方抽样;偏相关分析中图分类号：TV134 文献标志码：Adoi：10.3969/j.issn.1000-1379.2020.04.033Abstract：Based on Latin hypercube sampling and partial correlation analysis method， the global sensitivity of transient fluid water hammer calculation model in long distance pump water delivery project was analyzed.The results show that in the model of the project， the diameter of the main pipeline， the close time after the pump and the delivery flow in the main pipeline are the top three factors in sequence.Key words： water hammer calculation model; the method of characteristic; global parameter sensitivity analysis; Latin hypercube sampling; partial correlation analysis随着我国经济和社会的发展，水资源日益紧张，跨流域、多水源调水工程是解决水资源配置不合理的重要手段[1-2]。
特征线法分析考虑局部水头损失的三通管道的水击过程_陈江林
+
0 . 27 D
,
B =
式中 : Re 是雷诺数 , 定义为 : Re =
VD , v 为流体运动黏度。 v
2. 3
边界条件
特征线法是目前用来模拟管道流体水 击的普遍方 法 , 由 于
2
2. 1
求解过程
特征线解法
V. L . Str eeter 提出的特征 线法在求 解水击 方程时 具有 独
该方法在微元推导中没有考虑局部水头损 失 , 方 程的阻力项 中 只包含沿程水头损失 , 而未包含局部 水头损失。 在有压管道 的 流体水击计算中 , 局 部 水头 损失 对 水力 水击 的 影响 通常 被 忽 略。为了探究局部水头损失对管道流体水 击过程的影 响 , 在 原 有水击特征线数值计算方法的基础上 , 通过加入 局部水头损 失 约束方程和引入能量损失修正系数 , 建 立包含局 部水头损失 的 流体水击计算模型。 将局部水头损失等效到节点上 , 需 将局部水 头损失发生 的 ( 5a) 位置设置为节点 , 并 假设局 部能 量损失 完全 消耗在 该节 点上 , 该节点称为等效节点。由于增加了局部能 量损失 , 等效节点 上 下游存在压力差 , 该压 力差 与相 应的局 部水 头损失 相等 , 在 数 ( 5b) 值计算中等效节点上 下游的 水力 参数分 开考 虑。该法 不仅 能 够如实地模拟固定的局部水头损失 , 还 可以模拟 变系数局部 水 头损失的流体水击。等效节点的计算模型可表示为 : HP- HR+
0
引
言
随着灌溉技术的发展 , 管网水击防 护越来越 受到人们的 重 视。三通管道是灌溉管网中最基本的连接 单元之一 , 其特性 研 究对管网水击防护起 着重要 的作 用。以往 在长 距离输 水管 道 水击计算的过程中 , 沿 程水 头损 失占水 头损 失的主 要部 分 , 忽 略了局部水头损失的影响 [ 1- 3] , 但实 际上在灌 溉管网 中局部 水 头损失占总水头损失的比例比较大的情况 可能出现 , 这时局 部 水头损失对水击压强存在一定影响 , 计 算时需要 考虑局部水 头 损失。侯咏 梅等验证了局 部水 头损失 对水 击波 的衰减 有一 定 的加速作用 , 但 没有 计 算局 部水 头 损失 对水 击 压强 大小 的 影
显式算法和隐式算法的介绍与比较
求解时间比较
使用显式方法，计算成本消耗与单元数量成正比，并且大致与最小 单元的尺寸成反比；分析中最消耗CPU的一项就是单元的处理。由于 CPU时间与积分的个数成正比，采用简化积分的单元便可极大地节省数 据存储量和运算次数，进而提高运算效率。但单点积分容易出现零能 模型且应力结果精确度与积分点相关。
（5）
U t t
Ut
Utt
[(1 2
)Ut Utt ]t2
（6）
将（5）（6）代入（1）中，得：
KˆUtt Rˆtt
其中：
Kˆ
1
t 2
M
t
C
K
（有效刚度矩阵）
Rˆtt
Rtt
1
M
[ t
2
Ut
1 t
Ut
(1 2
1)Ut ]
C[ t
U
t
(
1)Ut
( 2
1)tUt ]（有效载荷矢量）
可以看出，解当前 Utt，需要用到当前时刻 的 Rtt ，因此为隐式算法，需要用迭代实现。
特点：
当参数 0.5 ， 0.25(0.5 )2 时，Newmark法是无 条件稳定的，即 t 的大小不影响数值的稳定性。 此时时间步长的选择主要根据解的精度确定。
显式算法
总结
动态显式算法采用动力学方程的一些差分格式，不用直接求解切线 刚度，不需要进行平衡迭代，计算速度快，时间步长只要取的足够小， 一般不存在收敛性问题。因此需要的内存也比隐式算法要少。并且数值 计算过程可以很容易地进行并行计算，程序编制也相对简单。
LS-DYNA中中心差分法的步长控制
1D杆、梁单元：
复杂输水系统水力过渡的数值方法比较及适用性分析
ｆ ｒＴｒ ｎ ｉｎ ｆ ｍ ｐ ｅ ａ ｅ ｖ ｒ ｉ ｎ Ｓ ｓｅ ｏ ａ ｓｅ ｔ ｏ Ｃｏ ｌｘ Ｗ ｔ ｒＤｉ ｅ ｓｏ ｙ ｔ ｍ
ＭＵＸｉ ｇｐｎ ，ＬＡＮＪｊ ｎ Ｉ ｎｈ ａ －ｅｇ Ｉ －ａ ，ＬＵＨａ－ｅ ｎ ｉｉ
（ ｃｏ ｌ ｆ ｉｉ ｎ ｉ ｅ ｎ ，Ｔａ ｉ Ｕ ｉｅ ｉ ，Ｔａｊ ０ ７ ， ｈ ａ Ｓ ｈｏ ｏ ｖ ｇ ｅｒ ｇ ｉ ｊ ｎ ｒｔ Ｃ ｌ Ｅ ｎ ｉ ｎ ｎ ｖ ｓｙ ｉ ｉ ３ ０２ Ｃ ｉ ） ｎｎ ０ ｎ
复杂给水管网恒定流计算新方法──特征线法
复杂给水管网恒定流计算新方法──特征线法
刘德有;索丽生
【期刊名称】《中国给水排水》
【年(卷),期】1994(10)3
【摘要】对于一个水力稳定的管网系统，当其各管道的边界条件维持不变时，由于摩阻及水锤波的反射作用，管网内的任意非恒定流终将趋于其特殊情况──恒定流状态。
基于这一原理，本文从管道非恒定流数值分析的特征线法出发提出了一种适用于复杂给水管网恒定流计算的新方法──特征线法。
本文给出了该方法的数学模型．并通过算例验证了该模型的正确性和实用性。
【总页数】6页(P19-24)
【关键词】给水;管网;恒定流;特征线法
【作者】刘德有;索丽生
【作者单位】河海大学
【正文语种】中文
【中图分类】TU991.36
【相关文献】
1.给水管网优化设计的新方法——广义简约梯度法 [J], 俞国平
2.变时步的特征线法计算复杂输水系统的水力过渡过程 [J], 练继建;王俊;万五一;王云仓
3.基于特征线法的电厂锅炉给水泵系统瞬变流特性的研究 [J], 韩春福
4.线性变截面梯形渠道非恒定流计算的特征线法 [J], 黄贤荣;刘德有;万晖;王丰
5.改进最短路径法作给水管网定线 [J], 刘永淞
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分析管道顺序输送水力瞬变的动态网格特征线计算法
分析管道顺序输送水力瞬变的动态网格特征线计算法
陈明;蒲家宁
【期刊名称】《油气储运》
【年(卷),期】2008(27)12
【摘要】根据水击波传播的规律,提出了基于动态网格技术的特征线算法,有效解决了顺序输送水力瞬变的模拟计算问题。
该方法物理意义明确,可灵活选取计算时步,且不存在数值振荡问题。
实例计算结果表明,该方法模拟结果与实测值吻合较好。
【总页数】7页(P36-42)
【关键词】顺序输送;水力瞬变;动态网格;特征线;模拟计算
【作者】陈明;蒲家宁
【作者单位】中国人民解放军后勤工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TE973.1;O175.27
【相关文献】
1.顺序输送管道水力瞬变的计算 [J],
2.顺序输送管道水力瞬变模拟的有限体积法 [J], 郑劼恒;蒋明;郭芮;李国栋
3.特征线法计算管道的水力瞬变 [J], 程列;韩鑫;王紫艳
4.成品油顺序输送热力及水力瞬变耦合分析 [J], 邓松圣;蒲家宁;周明来
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
分析管流水力—热力瞬变的双特征线法
维普资讯
邓 松 圣 周 明 来 蒲 家 宁
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一 ，
一 ，
一
（ ｊபைடு நூலகம்＿ ３ ）
＋ ｓ ｎ０ ＋ ２ ２ ａ￣ ＩＱ Ｉ ｉ Ａ Ｄ ｎ ＋ ＂
（ １一
＝ ０ ，
（） ４
的双 特 征 线 法 ．
１ 改 进 和 归 一 化 的 水 力 瞬 变 特 征 线 法
在 分 析 介 质 顺 序输 送 管 流 等 情 形 的 水力 瞬 变 时 ， 传 统 的水 力 瞬 变 方 程 引 入 修 正 系 数 ａ 对 ， 得 到 以 流 量 Ｑ 的 和 压 力 Ｐ为 未 知 量 的管 流 水 力 瞬 变 特 征线 方 程 ｅ Ｅ・ ＿ Ｒ ．
文献 标识 码 ： Ａ
中 图 分 类 号 ： ０ ５ ． ３ １２
引
言
自２ ０世 纪 ６ ０年 代 以来 ， 征 线 法 一 直 是 分 析 管 流 水 力 瞬 变 的有 力 工 具 ， 是 较 少 考 虑 热 特 但
力 瞬变 过 程 ． 由于 各 种 原 因 ， 管 内 流 体 流 量 发 生 变 化 时 ， 体 的摩 擦 生 热 会 改 变 ， 而 引 起 当 流 从
间 ．
本 文 推 导 了含 有 速 度 的 ３次 方 的 管 流 热力 瞬 变 方 程 ， 造 了热 力 瞬变 特征 线 法 ， 和 改 构 并 进 后 的水 力 瞬 变 特 征 线 法 结 合 ， 到分 析介 质 顺 序 输 送 管 流 的 水 力 瞬 变 和 热 力 瞬 变 耦 合 过 程 得
文 章 编 号 ：ＯＯ０８ （０ ２ ０ ．６ ７０ ｌＯ ．８７ ２ ０ ）６０ ２ ．８
火电厂冷却塔水力瞬变模型研究
式 中 矾 一 当前时刻 竖井水 位 ， ｍ；
Ｑ 一 竖井 内流量 ， ３ ； ｍ／ ｓ
发 电 技 术
火 电厂冷却塔 水力瞬变模 型研究
焦诗元 齐 慧卿 ２ 欧传奇 。 ，
（ ． 电电 力 科 学研 究 院 ， 江 杭 州 ３ ０ ３ ； ． １华 浙 １０ ０ ２山东 电力 工 程 咨询 院有 限公 司 ， 东 济 南 ２ ０ １ 山 ５０３ ３国 际 小 水 电 中心 ， 江 杭 州 ３ ０ ０ ． 浙 １ ０ ２）
拟结果进行比较分析 ， 计算表明本模型可以很好地模拟 实际情况 ， 为工程 实际提供 了有益的参考。
关键 词 ：火 电厂 ； 冷却水 系统 ； 冷却 塔 ； 水 力瞬 变
●
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，
一
一
管道 测压 管水 头 ， ： ｍＨ Ｏ；
Ｑ 一管 道 内流量 ， ３。 。 ｍ／ ｓ 利 用式 （ ） （ ）再 结 合 具 体 的初 始 条件 和边 界 １和 ２ ， 条 件 即可求解 相应 的水 力 瞬变 问题 。
１ 瞬变流计算特征线方程
特征线 方法是 目前求 解 管道 系统水 力 瞬变最 常用 的数值 计算 方法 为 了求 解 由运动方 程 和连续方 程组 。
河道非恒定流水面线计算研究
B(w+) dz = dQ -N…………（２） dt dt
式（２）也为两个方程，式（１）、（２）是特征线法的四个基本常 微分方程。求解这四个基本方程有很多方法，作者经过分析研 究，认为库郎格式求解相对简单，计算时不需要迭代，又有一定 的计算精度。
和运动方程组成的方程组，在假定无旁侧入流的情况下，用水位 组过于简化，计算精度往往不能满足实际需要。
变量 ｚ 和流量变量 Ｑ 表示的圣维南方程组如下：
经过上述分析，作者推荐采用特征线法求解。
Ｂ 鄣ｚ ＋ 鄣Ｑ ＝０ 鄣ｔ 鄣ｓ
２
鄣Ｑ ＋ ２Ｑ
鄣Ｑ
＋［ｇＡ －Ｂ （Ｑ
２
）
］Ｑ
ｚ
＝（Ｑ
２
）
鄣Ａ
－ｇＡ Ｑ
情况，无法满足工程需要。为解决这一问题，往往要利用理论严
三是瞬时流态法，简称瞬态法。此法将运动方程中的所有惯
谨、计算精度较高的非恒定流原理。
性项忽略，从而使方程组简化为一阶非线性抛物型方程组，然后
2. 河道非恒定流水面线计算的基本方程
对简化方程离散化，再结合初始条件和边界条件进行近似计算。
河道非恒定流水面线计算的基本方程是由水流的连续方程 瞬态法应用较早，也是成熟有效的计算方法，但由于对基本方程
试验与研究
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《河南水利与南水北调》2 0 1 2 年 第 8 期
河道非恒定流水面线计算研究
□褚青来( 河南省河口村水库工程建设管理局)
摘 要：在过去，非恒定流的计算多采用“瞬态法”，即忽略基本方程中的惯性项，将较为复杂的方程进行了极大的简化，从而可 以利用图表法进行计算，随着计算机的应用和普及，可以用“瞬态法”进行编程计算。但由于这种方法过于简化，计算精度往往不能 满足实际工程的需要。近年来，对非恒定流水面线的计算研究有了较大发展，出现了“特征线法”、 “直接差分法”等计算精度较高、易 于计算机编程的理论。文章根据非恒定流水面线的计算理论，进一步分析研究了适合工程实际的计算方法和步骤。