基于CFX的输水管道水锤现象的数值研究.pdf

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3、—入■“、，‘分类号密级学校代码学位论文题目基干的输水管道水锤现象的教值究英文题目研究生姓名杨成指导教师姓名翟鹏程职称教授学位博士里位爐戎汉理工大学邮编由请学位级别硕士学料名称固体力学论文提交日斯年月论立答辩日期年月学位授予单位武汉理工大学学位授予日期答辩委员会主席评阅人年月独创性声明本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作

4、了明确的说明并表示了谢意。签名：嚇成日期：学位论文使用授权书本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论文并向社会公众提供信息服务。保密的论文在解密后应遵守此规定）研究生（签名）：成导师签名〉日期必摘要水锤问题是管道工程中一类极为重要的物理现象，由水锤现象引起的压强通常可以达到管道

5、正常工作压强的几十倍，甚至更高，对这种现象的预料不及或处理不当将会导致管道剧烈振动、变形甚至爆裂。研究水锤问题的物理机制对管道工程的设计具有重要的意义。目前，国内外学者对水锤现象的产生机理和与管道的作用机制进行了大量的理论、实验和数值研究。然而，对水锤现象中涉及的一些复杂流体力学问题仍需进行进一步的深入研宄。如，管道中湍流结构和强度对瞬态波的响应，由于水动力不稳定性引起的流体轴向损失，在单相和多相、多组分的瞬变流中状态方程和波速的关系等。本文利用计算流体动力学软件对输水管道中的水锤现象进行了数值模拟。为了证明数值计算结果的正确性，作者首先将计算结果与理论值、澳大利

6、亚研究委员会的实验数据和水锤计算软件的计算值进行了对比。在论证了软件能够准确地模拟输水管道中的水锤现象以后，本文利用软件对影响水锤现象的主要因素（流速、管道结构、壁面摩擦、结构变形）进行了研究，分析比较了各因素对水锤现象影响幅度的大小。研究表明，采用软件和本文所选用的物理模型和求解策略能很好地模拟出输水管道系统在阀门突然关闭后的水锤现象。计算所得的水锤波的压力峰值略高于实验数据，计算所得的水锤波的周期略小于实验值，其误差均在左右。通过对影响水锤的各主要因素进行研究发现：水锤压力随着管道流速的增加而线性增长，延缓阀门关闭时间能显著减小水锤压力；管道结构直接决定了瞬变

7、过程中管道内流体的速度压力分布；随着壁面粗糙度的增大，水锤波的衰减和消散将加剧；结构变形对水锤波的峰值、频率和衰减均有较大的影响。本文为研究水锤现象提供了一种新的思路和方法，借助于软件，工程师可以方便地解决管道设计、强度较核以及事故分析等问题。关键字：水锤现象；水锤波；管道结构；流固耦合；壁面粗糙度AbstractWaterhammerprobleminpipelineengineeringisanimportantphysicalphenomenon,pressurecausedbywaterhammercanoftenachievepipelineworkin

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

9、rgenu