本文關(guān)鍵詞：數(shù)值模擬水擊問題TVD格式的研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：水擊現(xiàn)象是水電站有壓管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理考慮的重要因素之一,水擊的數(shù)值計(jì)算方法一直都是計(jì)算流體力學(xué)研究的熱點(diǎn)方向。近年來,計(jì)算流體力學(xué)熱衷于應(yīng)用TVD格式數(shù)值模擬各種激波,特別適合解決雙曲型偏微分方程間斷波問題,水擊波也屬于一種激波。本文通過數(shù)值模擬和模型試驗(yàn)相結(jié)合的方法,系統(tǒng)研究TVD格式數(shù)值模擬水擊過程的必要性和可行性,為水擊數(shù)值模擬研究奠定新的理論基礎(chǔ),提供新方法,其主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:1.分析4種具有代表性的Harten修正通量TVD格式、Sweby反擴(kuò)散通量TVD格式,TVD-MacCormark格式以及全離散TVD格式的構(gòu)造方法和適應(yīng)條件,通過數(shù)值模擬計(jì)算,揭示4種不同構(gòu)造形式的TVD格式在捕捉水擊波方面耗散性和壓制性數(shù)值性能的差異;改變計(jì)算庫朗數(shù)條件下,計(jì)算結(jié)果表明:Harten修正通量TVD格式、TVD-MC格式以及全離散TVD格式在大范圍庫朗數(shù)條件下計(jì)算穩(wěn)定性較差,優(yōu)選Sweby反擴(kuò)散通量TVD格式模擬水擊,其計(jì)算穩(wěn)定性良好,精度較高。2.定量分析TVD格式在不同閥門關(guān)閉速度的情況下,其數(shù)值模擬水擊波精度在時(shí)間條件下的適應(yīng)性。模擬了一維有壓管道水擊過程,對(duì)管道中閥門突然關(guān)閉和緩慢關(guān)閉引起的水擊壓強(qiáng)進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算。結(jié)果表明閥門關(guān)閉速度越快,TVD格式捕捉激波間斷的能力越強(qiáng),模擬水擊波效果越好;當(dāng)閥門關(guān)閉速度緩慢到一定程度,TVD格式與常規(guī)計(jì)算方法結(jié)果大同小異。3.采用優(yōu)選TVD格式數(shù)值模擬了有壓管道在不同關(guān)閥時(shí)間和關(guān)閥模式的條件下產(chǎn)生的水擊壓力和波動(dòng)規(guī)律。結(jié)果表明:TVD格式能較好的計(jì)算閥門在不同關(guān)閉時(shí)間產(chǎn)生的水擊壓力,與解析解最大誤差小于2%;關(guān)閥時(shí)間一定時(shí),對(duì)4種閥門關(guān)閉方式產(chǎn)生的水擊壓力進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。采用曲線關(guān)閉規(guī)律,加速關(guān)閉產(chǎn)生的壓強(qiáng)大于減速關(guān)閉;采用兩階段直線關(guān)閉方式能有效降低最大水擊壓力。4.調(diào)壓室是解決水電站水擊問題的常用手段,因此準(zhǔn)確數(shù)值模擬其過程至關(guān)重要。本文將4種經(jīng)典TVD格式推廣到工程實(shí)例中,結(jié)合給定的調(diào)壓室系統(tǒng)水擊模型邊界條件,對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。計(jì)算表明,TVD格式能有效地模擬其水力過渡過程,最大水擊壓力與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相對(duì)誤差不超過1%,且在間斷處能夠有效地捕捉激波振蕩;對(duì)比4種格式計(jì)算結(jié)果,通過分析TVD格式對(duì)激波的壓制性以及耗散性的差異,推薦采用Harten的TVD格式模擬水擊波。本文方法比經(jīng)典差分一階Lax-Friedrichs格式和二階MacCormark格式更能準(zhǔn)確地捕捉水擊波,計(jì)算精度顯著提高。TVD格式是模擬調(diào)壓室水擊現(xiàn)象行之有效的方法之一。
【關(guān)鍵詞】：計(jì)算流體力學(xué) TVD格式 水擊 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TV134
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 緒論11-21
• 1.1 研究目的和意義11-13
• 1.1.1 計(jì)算流體力學(xué)與數(shù)值模擬11-12
• 1.1.2 水擊現(xiàn)象數(shù)值模擬的必要性12-13
• 1.2 水擊計(jì)算方法研究進(jìn)展13-15
• 1.3 TVD格式的發(fā)展和應(yīng)用15-19
• 1.3.1 TVD格式的基本概念15-17
• 1.3.2 TVD格式的應(yīng)用研究17-19
• 1.3.3 TVD格式在水擊數(shù)值模擬中的研究19
• 1.4 本文的研究方法和內(nèi)容19-20
• 1.5 本章小結(jié)20-21
• 第二章 水擊波數(shù)值模擬中高分辨率TVD格式優(yōu)選21-34
• 2.1 水擊的控制方程21
• 2.2 水擊方程的守恒形式21-23
• 2.2.1 守恒型方程在數(shù)值模擬計(jì)算中的意義21-22
• 2.2.2 水擊方程的守恒形式22-23
• 2.3 高階TVD格式構(gòu)造23-28
• 2.3.1 修正通量TVD格式23-24
• 2.3.2 反擴(kuò)散通量TVD格式24-27
• 2.3.3 TVD-MacCormack格式27
• 2.3.4 全離散TVD格式27-28
• 2.4 水擊方程的二階TVD格式離散28-29
• 2.5 水擊計(jì)算的定解條件29-30
• 2.5.1 初始條件29
• 2.5.2 邊界條件和數(shù)值處理29-30
• 2.6 算例30-33
• 2.7 本章小結(jié)33-34
• 第三章 閥門關(guān)閉規(guī)律對(duì)TVD格式數(shù)值模擬水擊影響34-42
• 3.1 閥門關(guān)閉速度對(duì)TVD格式數(shù)值模擬水擊影響34-37
• 3.1.1 水擊控制方程34
• 3.1.2 數(shù)值計(jì)算格式34-35
• 3.1.3 計(jì)算算例35-37
• 3.1.4 結(jié)論37
• 3.2 閥門關(guān)閉模式對(duì)TVD格式數(shù)值模擬水擊壓強(qiáng)研究37-41
• 3.2.1 水擊控制方程37-38
• 3.2.2 數(shù)值計(jì)算格式38
• 3.2.3 計(jì)算算例38-41
• 3.2.4 結(jié)論41
• 3.3 本章小結(jié)41-42
• 第四章 實(shí)際工程算例——上游帶調(diào)壓室水電站水擊的數(shù)值模擬42-53
• 4.1 工程概況42
• 4.2 水電站基本資料42-43
• 4.3 計(jì)算基本資料43-44
• 4.3.1 計(jì)算工況43
• 4.3.2 導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律43
• 4.3.3 阻抗孔.水頭損失43-44
• 4.4 調(diào)壓室水擊壓力的數(shù)值模擬44-52
• 4.4.1 建立數(shù)值模型44
• 4.4.2 計(jì)算格式選取44
• 4.4.3 邊界條件和計(jì)算參數(shù)44-47
• 4.4.4 計(jì)算結(jié)果分析47-52
• 4.5 本章小結(jié)52-53
• 第五章 總結(jié)與展望53-55
• 5.1 總結(jié)53-54
• 5.2 展望54-55
• 參考文獻(xiàn)55-58
• 致謝58-59
• 作者簡介59

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 孫素娟;高帆;唐興;;特征線法在簡單管道水擊計(jì)算中的程序編制與應(yīng)用[J];河南水利與南水北調(diào);2007年09期

2 魏文禮;郭永濤;;基于加權(quán)本質(zhì)無振蕩格式的二維潰壩水流數(shù)值模擬[J];水利學(xué)報(bào);2007年05期

  本文關(guān)鍵詞：數(shù)值模擬水擊問題TVD格式的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：428271