有壓管道在城市市政系統(tǒng)中扮演著重要的角色,近些年隨著管道生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)工藝的改進,有壓管道的材質(zhì)越來越多樣化,其中具有粘彈力學特性的塑料管道應(yīng)用越來越普遍,然而,粘彈性管道的水力動態(tài)特性相對傳統(tǒng)彈性管道更加復(fù)雜。因此,本文基于管道瞬變流理論對粘彈性管道瞬變流的壓力波動和能量損耗問題進行研究,主要研究內(nèi)容如下:首先,本文基于粘彈性管道的本構(gòu)模型結(jié)合一維擬穩(wěn)態(tài)摩阻模型、非穩(wěn)態(tài)摩阻模型以及準二維模型,分別建立一維粘彈性管道瞬變流模型和準二維粘彈性管道瞬變流模型。并將三種不同摩阻模型的模擬結(jié)果與文獻中獲得的實驗結(jié)果進行對比,分析不同模型的優(yōu)劣性。結(jié)果發(fā)現(xiàn),相比于粘彈性管道的一維瞬變流模型,準二維模型在壓力峰值、谷值和壓力波周期等方面與實驗值的擬合程度較高,可比較準確的模擬粘彈性管道瞬變流的壓力波動過程。其次,本文對粘彈性管道瞬變流模型中的管道蠕變參數(shù)和壓力波波速進行校核�；谖墨I中提供的力學實驗測得的蠕變函數(shù),采用遺傳算法對不同實驗條件下模型中的蠕變參數(shù)的元件個數(shù)從1到5分別進行校核。同時采用三種不同管材的波速計算方法,對模型中的波速進行計算,再將擬確定的波速值和校核得到的蠕變參數(shù)代入準二維粘... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：85 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

論文結(jié)構(gòu)

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文10第2章粘彈性管道瞬變流模型本章結(jié)合Kelvin-Voigt粘彈模型，對粘彈性材料的力學性能進行的分析，管道摩阻模型采用準二維模型，建立粘彈性管道準二維瞬變流模型。邊界條件為下游瞬時關(guān)閥，利用特征線法（MOC）方法求解準二維管道瞬變流節(jié)點壓力和流量。并與文獻中所獲得的實驗數(shù)據(jù)對比，分析模擬壓力曲線與實驗壓力曲線在壓力波峰值、谷值、衰減過程以及相位變化等方面的擬合程度，從而校核模型的準確性。2.1粘彈性管道力學模型Kelvin-Voigt模型是常用于分析固體粘彈性材料的徐變和松弛行為的模型，由于準確性較高和結(jié)構(gòu)簡單的特點，該模型在表示粘彈性材料的蠕變和延遲特性時被廣泛使用。廣義Kelvin–Voigt模型由彈簧和粘壺的組合形成，元件的數(shù)目越多，級數(shù)項越適用于描述管壁的粘彈性。如圖2-1所示。圖2-1廣義Kelvin–Voigt模型線性粘彈性中，蠕變?nèi)崃浚↗）和松弛模量（G）只是時間的函數(shù)，不是應(yīng)力或應(yīng)變的函數(shù)。應(yīng)用拉普拉斯變換可以得出蠕變函數(shù)。/01()(1)kvkNtkkJtJJe(2-1)式中J0—瞬時柔量，J0=1/E0（Pa-1）；Jk—第k個Kelvin–Voigt元件的蠕變?nèi)崃�，Jk=1/Ek，Ek（Pa）為第k個彈簧的彈性模量（Pa-1）；τk—第k個粘壺的松弛時間（s）。粘彈性材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系與彈性材料有所不同，不遵循胡克定律，其應(yīng)變由瞬時應(yīng)e和延遲應(yīng)變r兩部分組成，如下式所示：()()ertt(2-2)其中，瞬時應(yīng)變的計算公式為：e002eDHEEe(2-3)

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文212.3.2準二維模型求解沿正負特征線（即dxdta）對方程(2-62)和(2-64)積分得到準二維粘彈性瞬變流常微分方程，形式如下：221()1()2()0NEkdHaduarvaraAHVdtgdtgrrgrrg(2-65)Vardy和Hwang在求解微分方程(2-65)時所采用的的軸向和徑向差分網(wǎng)格，如圖2-2和圖2-2所示。其中圖2-2為管道在軸向的差分網(wǎng)格，與一維瞬變流模型的差分網(wǎng)格相同，都是沿管道長度L對管道進行平分，Nx為管道軸向分段數(shù)，計算其空間步長為Δx=L/Nx，時間步長為空間步長除以波速。圖2-2為管道在徑向的計算差分網(wǎng)格，該網(wǎng)格是將管道沿著徑向分成Nr+1段，然后將得到的圓柱體厚度記為Δr。在圓形輸水管道中，由于速度邊界層的存在，使得越靠近管壁，流體的速度梯度就越大，所以為了更加準確地計算管壁處的切應(yīng)力，本文所采用的徑向差分網(wǎng)格是從管軸到管壁處逐漸加密，所以最終得到的圓柱體厚度Δr值是沿著管道徑向逐漸變小的，越靠近管壁，圓柱體厚度越校此外，在每個差分出的圓柱體中，不同計算參數(shù)所處的位置有所不同，軸向速度u位于圓柱體橫截面中點處，徑向速度v和總粘度T均位于圓柱體沿徑向靠近管壁的外表面處。圖2-2軸向差分網(wǎng)格圖2-3徑向差分網(wǎng)格其中，對于徑向差分網(wǎng)格，沿徑向r和cr滿足下列關(guān)系：301(1)/2(1)rrjjNNeerDe(2-66)1()/2cjjjrrr(2-67)式中j—表示管道徑向網(wǎng)格的節(jié)點編號；

【參考文獻】：
期刊論文
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