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水击理论与计算研究

侯咏梅  
【摘要】: 本论文首先简要介绍了当前水击计算的基本理论,包括水击数学模型和计算方法。指出了当前水击数学模型中的连续性方程不能满足恒定流条件、sinθ项存在的不合理性等问题,说明当前水击数学模型中的连续性方程是错误的。同时也指出了目前的计算方法也存在不严谨之处。接着,对这些问题存在的原因进行了详细分析,发现在当前推导水击压强公式的过程中没有考虑管道的倾斜度和摩擦阻力的影响,而在后面水击计算的连续性方程的推导过程中则考虑了管道的倾斜度,这就导致了在当前连续性方程的整个推导过程中前后矛盾的不合理现象。这也就是连续性方程不正确的根本原因。 本论文对水击数学模型中的连续性方程重新进行了严谨的推导,不仅得到了更加准确的水击压强和水击波速的计算公式 也建立了正确的水击数学模型 连续性方程 运动方程 当忽略次要因素以后,公式(1)和(2)即可转化为当前应用的水击压强计算公式和水击波速计算公式。 新的水击数学模型(3)完全满足恒定流条件。 本论文的另一个主要内容是,在正确的水击数学模型(3)的基础上,应用特征线法的原理,将微分方程组(3)转化成特征方程组,沿特征线对特征方程进行积分,并以其差分方程形式代替积分形式,以便利用计算机进行水击过程的数值计算。论文对各种边界条件也做了相应的推导。而且在上述中改善了当前水击计 郑州大学工学硕士论文 算的特征线法具体处理中的不严谨性,即改“用ds/g=士adt/g乘以特征方程后进 行积分”为“用ds/g二(。士a)dt/g乘以特征方程后进行积分”。原来的不严谨性不 仅影响计算精度,更重要的是将导致特征差分方程不满足恒定流条件。 对应于正确的水击数学模型(3)的特征差分方程形式如下 c,弓+吼川一C,唱一几弓扮几Rv另卜川=O 几代+吼川一几唱一吼嵘{一C:脚丸}唱}·“ 本论文在最后的计算部分,通过对新老数学模型的数值计算比较,进一步论 证了当前水击数学模型的不正确性。并且应用改善了的特征线法对正确的数学模 型(3)进行了计算分析,研究了各种因素对水击压强值和水击现象衰减的影响, 指出在长管道系统中,沿程水头损失的分区计算对水击压强的计算结果影响较大, 建议在长管道系统的水击计算中应按分区进行沿程水头损失的计算。考虑进口及 多管道连接处的局部水头损失对短管道系统水击压强的计算结果影响较大。最后 考虑了实际电站水轮机组的运行特性,结合盘石头水库引水、发电、泄洪共用的 复杂引水系统,进行了电站甩负荷引起的非恒定过渡过程计算。


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