【摘要】：在水電站中,壓力管道是一個(gè)重要的組成部分。壓力管道能否能夠安全的工作對(duì)于整個(gè)水電站的正常運(yùn)營(yíng)來說至關(guān)重要。在水電站中,閥門的開啟和關(guān)閉是不少見的,而當(dāng)閥門開啟和關(guān)閉時(shí),會(huì)在管道內(nèi)部產(chǎn)生水擊。水擊給管道,尤其是弱約束管道,帶來的負(fù)荷是巨大的。能對(duì)水擊造成的效果產(chǎn)生影響的參數(shù)有很多,但是主要的為閥門的開關(guān)時(shí)間、管內(nèi)流速的大小、管道的結(jié)構(gòu)形式等等�？紤]這些參數(shù)對(duì)水擊的影響規(guī)律,這對(duì)于水電站的管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有一定的意義。此外,管道在發(fā)生水擊振動(dòng)時(shí),流固耦合現(xiàn)象也會(huì)同時(shí)存在,流固耦合對(duì)于管道水擊的影響大小也是值得分析的。最后,在管道產(chǎn)生水擊振動(dòng)時(shí),從時(shí)域和頻域兩個(gè)方面對(duì)于其振動(dòng)情況進(jìn)行分析,對(duì)于完善其振動(dòng)特性研究也具有一定的意義。本文針對(duì)與以上的幾個(gè)方面,完成了以下的研究工作:(1)從經(jīng)典水擊理論和流固耦合水擊理論的計(jì)算原理出發(fā),分析了兩者的異同,并以兩種計(jì)算原理為基礎(chǔ),計(jì)算了三種不同長(zhǎng)度的簡(jiǎn)單直管模型的水擊振動(dòng)情況,說明了考慮流固耦合作用的重要性,同時(shí)對(duì)比了管道長(zhǎng)度對(duì)于流固耦合現(xiàn)象的作用效果大小;(2)以某一實(shí)際電站為原型,并做了一定程度的簡(jiǎn)化,在不同的關(guān)閥時(shí)間、不同的管內(nèi)流速、不同的支墩間距條件下,利用ADINA這一有限元軟件對(duì)其進(jìn)行了數(shù)值仿真,分析了以上各個(gè)參數(shù)對(duì)于管道水擊的影響情況;(3)從結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的角度,對(duì)管道的自振特性以及共振進(jìn)行了簡(jiǎn)單的敘述,并對(duì)該管道模型進(jìn)行了固有頻率的計(jì)算。研究了不同支墩間距對(duì)于管道固有頻率的影響;(4)對(duì)管道水擊計(jì)算時(shí)域結(jié)果進(jìn)行了傅立葉變換,將其轉(zhuǎn)換為頻域解,從頻域圖中分析管道的振動(dòng)特性,并結(jié)合固有頻率對(duì)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,驗(yàn)證其計(jì)算的正確性。
【圖文】：

圖 2.1 特征線法原理圖根據(jù)式 2.13 所做函數(shù)圖形即 s-t 圖，是兩條相交的直線。這是因?yàn)樗畵艄艿肋吔鐥l件確定的情況下被默認(rèn)為一個(gè)常數(shù)。而如圖 2.1 所示的相交直特征線。式 2.14 和式 2.15 沿各自的特征線成立。利用計(jì)算機(jī)則可以對(duì)式式 2.15 進(jìn)行求解，得到的解也即為式 2.5 和式 2.6 的解。值得說明的是，特征線法的關(guān)鍵在于選定特征值，構(gòu)造合適的特征線方征值的選定會(huì)根據(jù)所解方程的復(fù)雜性而變化。當(dāng)被解方程變得越來越復(fù)雜，其特征值也將變得更加復(fù)雜，，但是，特征值最終都是可取的常數(shù)值[30]。主要介紹了特征線法是如何對(duì)水擊方程進(jìn)行變化以及求解的。但是在微分算中，要使計(jì)算結(jié)果收斂，并得到唯一解，則必須設(shè)置好初始條件和邊界條對(duì)于水擊計(jì)算問題，其初始條件主要包含以下幾項(xiàng)：1.流速；2.壓強(qiáng)；3.上等。邊界條件則主要是由管道末端連接的水電站結(jié)構(gòu)所確定的，如果連接門，則可以通過閥門處流量或者流速的變化來加以模擬；如果連接的是水輪

圖 2.2 特征線法積分路徑示意圖如圖所示，先將管道等分成 n 份，取每段長(zhǎng)度為 x 。假定時(shí)間步長(zhǎng)fxtc ，對(duì)角線A 的斜率滿足式 2.16 的（b）式，對(duì)角線A 的斜率滿足15 的（b）式�，F(xiàn)找如圖中的一點(diǎn) A，從時(shí)間上描述，A 點(diǎn)在 O 點(diǎn)之前。假和H 在A點(diǎn)時(shí)，其值已知并沿著斜率與 A 所示方程的斜率相同的特征線 行積分，則可以得到點(diǎn)O 處 和 的關(guān)系式。同理，現(xiàn)找如圖中一點(diǎn) B，間上描述，B 點(diǎn)在 點(diǎn)之后，假設(shè) 和 在 B 點(diǎn)時(shí)，其值已知并沿著斜率 所示方程的斜率相同的特征線 BO進(jìn)行積分，則可以得到下一點(diǎn) O 處 的關(guān)系式。所得到的關(guān)系式即特征線法對(duì)應(yīng)的有限差分方程。對(duì)方程組 A ，在方程組左右兩邊同時(shí)乘以fc dtdsg g ，再將變量fv用Q，然后將其沿特征線方向積分，則有：
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TV134

【參考文獻(xiàn)】

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