液体管道瞬变流动分析及其应用研究

目前，人们对液体管道瞬变流动过程中摩阻的处理通常采用“拟稳态”假设，用稳定流的摩阻损失来近似代替瞬变流的摩阻损失。但国内外的实验和理论研究均表明：稳定流与瞬变流具有不同的流动特征，瞬变流动过程中的瞬时摩阻可用拟稳态摩阻项和附加摩阻项两部分来表征；采用“拟稳态”假设将低估瞬变流动过程中实际产生的摩阻损失，虽能预测水击发生瞬间最大升压和降压值，但不能准确预测此后水击压力波具体的衰减过程以及出现的波形畸变现象。因此，对瞬变流动过程中的瞬时摩阻的两项进行仔细分析并寻找更为精确的能模拟从一个稳态到下一个稳态的整个瞬变流动过程的数学模型进行瞬变分析具有很大的理论和实际意义。本文主要从以下几个方面进行了研究： 从连续介质理论的质量守恒和动量守恒原理出发，介绍液体管道瞬变分析的基本方程组即波动方程组的详细推导过程。 采用“拟稳态”假设，推导拟稳态管壁切应力的计算公式，建立目前瞬变分析常用的传统拟稳态摩阻模型，并结合特征线法建立其数值计算模型；推导建立两种当前最具实际应用潜力的适用于湍流水力光滑区瞬变分析的一维附加摩阻模型(即Vardy&Brown附加摩阻模型和Brunone附加摩阻模型)，并结合特征线法分别建立其数值计算模型。 编制传统拟稳态摩阻模型、Vardy&Brown附加摩阻模型和Brunone附加摩阻模型的应用计算程序并将这三类模型应用到具体管道的模拟计算中，分别将上述三类模型的计算结果与实验实测数据进行比较，验证本文所建两类附加摩阻模型的正确性和优越性。 使用传统拟稳态摩阻模型和附加摩阻模型进行数值模拟分析，分别计算各种条件下管内瞬变流动过程中的管壁拟稳态切应力项和附加切应力项，分析相应的拟稳态摩阻项和附加摩阻项的变化规律及其对水力瞬变过程的影响。 分析各类模型(即传统拟稳态摩阻模型、Vardy&Brown附加摩阻模型和Brunone附加摩阻模型)的适用范围，为以后正确选用各类模型尤其是附加摩阻模型应用到石油行业的实际工程中，如原油或成品油输送管道等，以进行更为精确的瞬变分析提供参考。