水力瞬变特征浅法和隐式差分法的对比分析

液体在长输管道内不稳定流动问题可以采用各种数值解法并借助计算机来进行处理，如特征线法、隐式差分法等。特征线法是广泛使用的数值方法，隐式差分法在液体长输管道不稳定流动问题分析中应用则比较少。分析了长输管道水力瞬变特征线法和隐式有限差分法的优缺点，并结合算例分析，指出隐式差分法适合于长输管道水力瞬变分析，计算误差 较小。     

长输管道水力瞬变仿真

根据各种管道边界的瞬变方程和管道水击的连锁Ａｌｌｉｅｖｉ方法，针对具有实际元器件和边界的长输管道的不稳定流动，设计了基于特征线差分解法的分析流程和仿真计算程序。利用长输管道水击数值计算所得线路上各节点的瞬态值进行Ｂ样条曲线拟合，实现了水力瞬变过程中线路水力坡降线及某些水力参数变化情况的图形输出 。     

MacCormack算法在长输管道瞬变流动仿真中的应用

为了提高长输管道仿真精度和速率,基于MacCormack格式基本原理和流动方程建立了长输液体管道水力瞬变流动仿真模型。以某管道为例,分别采用该仿真算法和特征线法模拟了阀门关闭和流量增加引起的瞬变流动,并探讨了MacCormack格式中不同边界条件处理方法及Courant常数值对模拟结果的影响。结果表明:MacCormack格式可用于精确仿真长输管道瞬变流动过程,采用特征线法求解预估层边界参数后,其振荡幅度、收敛速度均优于特征线仿真方法;同时,采用特征线法处理MacCormack格式边界条件较线性外插法更易收敛。研究成果可为长输管道瞬变流动仿真提供参考。     

输油管道中不稳定流动分析

输油管道中油品的不稳定流动问题，可以采用各种数值法并借助计算机进行有效分析。目前最广泛采用的数值法有特征线法，显式差分法和隐式有限差分法。分析了各方法的特点：特征线法和显式差分法能对各种边界条件进行处理，但时间步长取值必须很小，计算次数多；隐式有限差分法能采用匠时间步长，相应减少计算次数，但需求解非常庞大的非生方程组。因此提出根据管道的长度，复杂性，边界条件，精度要求等，交错使用特征线法和隐式差分     

液体输送管道瞬变流动分析

对由连续性方程、动量方程和能量方程构成的液体管道瞬变流动数学模型,采用特征线法进行求解,并用显式特征差分法得到了特征方程的差商方程,求出了瞬变流动时管道各个参数的解析解。对离心泵启动工况进行数值模拟的结果表明,所提出的模型处理方法切实可行。     

气体管网系统的仿真

分析了天然气在管道中的流动状态，建立了描述其流动的守恒型数学模型。根据该模型，讨论了动态仿真的隐式法和静态仿真法。由于气体在管道中的不稳定流动通常属于慢瞬变流，采用隐式差分法进行动态仿真时可增大仿真时步，在同时考虑稀疏矩阵编程的基础上，研制了气体管道静，动脉仿真软件ＥＧＰＮＳ。     

燃气长输管道动态模拟及未段储气研究

输气管道的发展方向是大管径、高压力、长距离和调峰要求高,迫切需要对输气管道不稳定流动进行研究。基于流体力学基本原理推导的连续性方程、动量方程、能量方程以及SHB-WR真实气体状态方程,建立了燃气长输管道不稳定流动数学模型,采用隐式中心有限差分法编制了该模型的通用数值计算程序,结合哈—依燃气管道工程,将计算结果进行了整理、分析和验证,并在此基础上,对燃气长输管道末段储气量进行了研究。     

燃气长输管道动态模拟及末段储气研究

输气管道的发展方向是大管径、高压力、长距离和调峰要求高，迫切需要对输气管道不稳定流动进行研究。基于流体力学基本原理推导的连续性方程、动量方程、能量方程以及ＳＨＢＷＲ真实气体状态方程，建立了燃气长输管道不稳定流动数学模型，采用隐式中心有限差分法编制了该模型的通用数值计算程序，结合哈－－依燃气管道工程，将计算结果进行了整理、分析和验证，并在此基础上，对燃气长输管道末段储气量进行了研究。     

用自适应网格法计算管道的水力瞬变

应用自适应网格法对长输管道的水力瞬变进行了计算,通过求解水击偏微分方程,在解的大梯度区自动加密网格。以一个站间管道的末段为例,用特征线法和自适应网格法进行了计算。计算结果表明,自适应网格法能够更准确地捕捉到水击压力波的前沿位置。     

树枝状管网无量纲水力瞬变分析

以流体水力瞬变理论为基础,研究了树枝状管网中的水力瞬变问题。应用特征线法,建立了无量纲形式的水力瞬变数学模型。摩阻项按Q2-m考虑,采用有限差分法构造出差分方程,并进行了数值求解。利用计算实例对无量纲流量、波速、管径及管长等影响因素进行了分析,结果表明,任何微小变化都可能引起计算点压力的剧烈变化。     

特征线法在燃气管道动态模拟中的应用

对燃气管道不稳定流进行了研究，推导了了计算管内燃气流动的特征线法和公式。特征线法从基于流体力学基本原理推导出来的连续性方程、动量方程和能量方程出发，将难以求解的偏微分方程组转移为便于工程数值计算的等价差分方程组，从而解决了燃气管道中快瞬交流的计算问题。特征线法物理概念明确，数学分析严谨，计算精度高。     

气体管网的动态仿真

综合分析了气体管网动态仿真的各种方法，指出了各种方法的优缺点。针对当前较为成熟的隐式法和特征线法，给出了它们的动态仿真模拟以及初始条件、边界条件、各类元件和节点的表示与处理方法。针对实际气体管网，分别给出了隐式法和特征线法的仿真结果。     

交替方向隐式欧拉方法在偏积分微分方程中的应用

用交替方向隐式欧拉方法研究二维带有弱奇异核的偏积分微分方程的数值解,在空间方向上采用二阶差商,时间方向上使用向后欧拉方法,积分项用一阶卷积求积逼近,该方法具备了交替方向存储量少,计算量低的特点．     

渠系非恒定流数值模似方法的应用

渠系非恒定流的数学处理目前尚无精确的解法。本文用数值方法对灌区渠系的水流运动要素进行了计算并与实测资料进行对比,认为直接差分方法和特征线方法可供渠系优化调控时使用。     

不可压Navier-Stokes方程的一阶有限元解法

不可压Navier-Stokes方程求解的困难之一在于如何确定压力场并且同时要满足不可压条件.压力项在连续性方程中并不出现，但是却对速度起约束作用.为了解决这一问题，对于粘性不可压流动，提出了以速度和应力为基本变量，不含压力项的一阶流体动力学方程系统及对应的积分形式.采用有限元方法，对于速度和应力进行同阶插值，对于非线性对流项，采用牛顿迭代法进行处理，对于时间项采用后向欧拉方法.基于FreeFem++平台，对两平行平板间的稳态粘性流动及二维非定常圆柱绕流进行了数值计算.分别通过和精确解及标准算例的对比，验证了方法的可行性和有效性.采用不含压力项的一阶系统，避免了连续性方程中不含压力项给不可压缩Navier-Stokes方程求解带来的困难.     

关于等电位差标准加入法的探讨

本文提出了一种新的离子选择性电极分析方法,即等电位差标准加入法,将该法应用于氟的测定,标准溶液及合成样品的回收率为96.6%～104.3%,操作简便.     

水下爆炸引起的水质点运动效应研究

基于流体动力学理论分析了水下爆炸引起水质点速度与压力的关系式,提出水质点流速由瞬时流与滞后流组成,利用水下爆炸自由场压力实测数据的分析了瞬时流与滞后流的空间和时间分布。瞬时流传播距离远但强度小,滞后流强度高但传播距离小,3倍气泡半径内即降至1%。     

采用辨识法确定管道沿程摩阻系数

管道瞬态水力计算可以采用特征线法,但其模拟结果的精度取决于管道沿线摩阻系数的选取.为缩小管道摩阻系数理论计算值与实际值存在的较大差异,对比分析了兰成渝成品油管道相关运行参数,指出采用辨识法确定管道各管段的摩阻系数,可以有效提高管道瞬态水力计算的精度.