基于管嘴出流规律的水击边界条件数值模拟

发布时间：2025-01-01 01:47

　　 为研究阀门关闭瞬间产生的水击压力,以管嘴出流规律来确定阀门断面的水头和流量的关系,并结合特征线方程,以水击实验台为模型,用MATLAB编程进行水击模拟计算.结果表明:阀端压力随阀门关闭先迅速上升,0.36 s达到最大值,之后压力又迅速下降;随着时间的增加,阀端压力不断重复上升到峰值然后又下降,但其最大压力都小于第1个峰值.将数值模拟结果与水击实验台的试验结果进行对比分析,验证了管嘴出流模型以及计算程序的准确性.故在简单的有压管道中,当管道末端为阀门时,可以按照管嘴出流规律来建立边界条件.在此基础上依次取阀门关闭时间为1.0,2.0,3.0,4.0,4.8 s,模拟了阀门关闭时间对最大水击压力的影响.结果显示,阀门关闭时间对水击压力有很大影响:关阀时间越长,产生的最大水击压力越小;但随着阀门关闭时间的延长,水击压力的减小幅度会越来越小.

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【部分图文】：

图1 管嘴模型

图1为管嘴出流的模型示意图，图中p1为静压;C-C为收缩断面．管嘴出流的流量公式[14]为

图2 计算网格

用MATLAB进行编程[15]．图2为使用特征线法计算时所用的网格，也为程序编写时的思路框图．假设P为任意点，A,B为点P两侧前一时刻的2点．图2中横坐标代表管道长度x，步长为dx;纵坐标代表计算时间t，步长为dt．首先算出t=0时刻即阀门全开时管道内每个节点处的压力与流量，以此....

图3 阀门入口侧的压力随时间变化曲线

图3为阀门入口侧压力随时间变化曲线，图中p为水击压力．计算总时间T=5s,dt=dx/(a+c)=0.0004s.由图3可以看出，从阀门关闭开始，阀端压力先迅速上升，在900步左右即0.36s达到最大值，压力值为855.4kPa，之后压力又迅速下降;而后随着时间的增加，....

图4 试验设备图与试验流程图

图4为试验设备图与试验流程图．整套试验装置由高位槽、输水压力管道、可快速控制关闭和开启时间可调的气动球阀(截止阀)、离心泵、压力传感器、数据采集箱、计算机及相应的测试软件等组成系统．由计算机快速关闭气动球阀(可以随时改变气动球阀关闭时间)产生水击现象，计算机随即记录气动调节阀门旁....

本文编号：4021863