基于高階有限差分法的管道瞬態(tài)特性研究.pdf

1、本文研究了流體管道中瞬態(tài)壓力變化及其對(duì)管道結(jié)構(gòu)的影響。管道中瞬態(tài)壓力的變化是由于管道穩(wěn)態(tài)條件的改變所引起的，包括泵或閥的開啟關(guān)閉。瞬時(shí)壓力的振幅和持續(xù)時(shí)間取決于流體的速率、管路材料和系統(tǒng)的邊界條件，包括油箱、泵、控制閥和管路的變徑，這些都屬于流致振動(dòng)或流固耦合問(wèn)題的一部分。流固耦合（FSI）是指彈性結(jié)構(gòu)體與其內(nèi)部及外圍流場(chǎng)之間的相互作用，很多工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)通常需要考慮流固耦合問(wèn)題，比如航空器、核工業(yè)和管路系統(tǒng)。管路中流固耦合的研究主要集

2、中在系統(tǒng)的控制方程、數(shù)學(xué)方法和算法實(shí)現(xiàn)過(guò)程。
　　 文中推到并完善了流體管道控制方程，通過(guò)與現(xiàn)有文獻(xiàn)資料中的管道控制模型進(jìn)行了對(duì)比分析，在繼承原有管道控制方程線性項(xiàng)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)完善了方程的非線性項(xiàng)，考慮了管道橫向切應(yīng)力和彈性張力對(duì)管道軸向振動(dòng)的影響；同時(shí)，將數(shù)值特性線法（MOC）運(yùn)用于流體、管道連續(xù)性方程和動(dòng)量方程，并得到了管道水擊耦合方程；在實(shí)際管路實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，通過(guò)對(duì)二階、四階和六階等高階有限差分法（HFDM）解算精度的分析

3、和比較發(fā)現(xiàn)，四階有限差分法具有最高計(jì)算精度；對(duì)管路水擊壓力進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試，運(yùn)用耦合和非耦合算法對(duì)管道流固耦合問(wèn)題進(jìn)行了求解，并將管道的撓度作為外部激勵(lì)的參考依據(jù)。
　　 通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)，管道耦合算法計(jì)算得到的管道水擊壓力與實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果相一致，同時(shí)，采用管道耦合算法避免了非耦合算法初始化計(jì)算時(shí)必需的外部激勵(lì)，從而提高了數(shù)值計(jì)算精度；管道特性參數(shù)對(duì)流體流速、管道振幅和水擊壓力影響的理論研究和實(shí)驗(yàn)表明，管路水擊壓力隨著管道流速的增大而增