本文關(guān)鍵詞：輸水洞明滿過渡流研究

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【摘要】：在實際工程中存在不同應(yīng)用的明滿過渡流水力現(xiàn)象,因此對于明滿過渡流的研究很有現(xiàn)實意義。本文首先歸納總結(jié)了國內(nèi)外關(guān)于輸水洞明滿過渡流的水力現(xiàn)象的研究進展,并對到目前為止的國內(nèi)外有關(guān)明滿過渡流的研究成果及計算方法進行了整理。在此基礎(chǔ)上,提出了本文的研究內(nèi)容。針對一維非恒定流問題,詳細的介紹了明渠流和有壓流的一維非恒定流理論,主要對于圣?維南方程進行了較為完整的推導(dǎo),其中,在推導(dǎo)有壓管道一維非恒定流的基本理論前,關(guān)于水擊波傳播速度的常用計算公式也進行了簡單的推求。這為接下來的明滿過渡流的數(shù)值模擬奠定了理論基礎(chǔ)。接下來引入了明滿過渡流的研究中常用的Preissmann窄縫法思想,并詳細介紹了其原理。在此基礎(chǔ)上,引進應(yīng)用較普遍的Preissmann四點時空偏心格式,對其計算格式、邊界條件和初始條件進行了較為全面的推導(dǎo),并將其運用到上下游邊界條件變化劇烈的算例中,在對數(shù)值計算結(jié)果進行了分析之后,得出Preissmann四點隱格式法對于上下游邊界條件變化劇烈的情形計算不穩(wěn)定的結(jié)論。然后,為了研究明滿流交替出現(xiàn)的水力現(xiàn)象,本文對樊紅剛等提出的以流量Q和水深h為流動變量表示的特征隱式差分格式方法進行了簡單的介紹,該方法運用特征思想,采用迎風(fēng)差分格式,并將其應(yīng)用到同一算例中進行結(jié)果分析,得出該方法能夠穩(wěn)定計算至恒定流情形,但模擬結(jié)果出現(xiàn)失真的結(jié)論。針對這種問題,本文嘗試提出了以水深h和流速v為流動變量表示的特征隱格式法,運用特征思想,采用迎風(fēng)差分格式,對常見的上下游邊界條件及初始條件進行了介紹。然后對同一算例進行數(shù)值模擬,分析計算結(jié)果,可以得出該方法計算穩(wěn)定性更好,且計算時長較少,可以有效的模擬上下游邊界條件變化劇烈的情況。進一步數(shù)值試驗發(fā)現(xiàn),時間步長取得過大,可能會導(dǎo)致模擬失真,需要結(jié)合數(shù)值實驗及結(jié)果分析選擇合適的時間步長。為了探究本文提出的以水深h和流速v為流動變量表示的特征隱格式法的適用性,文章舉例分析其適用性問題,得出了該方法可以適用于多種實際工程,并且可以保證計算精度。
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TV133

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本文編號：1249508