【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水力学和热力学交叉的数值模拟计算方法，具体涉及一种考虑输水管道系统留存气团热力学特点数值模拟方法。
技术介绍
1、一方面，气体的温度变化系数是随着时间而不断变化的值，考虑到瞬变流过程中，δt取值很小，可近似认为趋于0。目前在输水管道输水系统中气体的温度变化系数m的值学者普遍认为在1.0～1.4范围内，但是缺少气体的温度变化系数取值的论证过程，气体的温度变化系数m值在很大程度上影响着输水管道系统的稳定性。
2、另一方面，输水管道系统中的q、t和h等参数具有十分重要的实际意义，目前的现状是系统中的水体内部节点和上游边界的热力学相关参数求解可以较为容易的求出，然而在水气两相分界面处q、t和h等参数求解较为繁琐。
技术实现思路
1、为了解决输水管道系统中留存气团热力学特点影响稳定性的问题，本专利技术提供一种考虑输水管道系统留存气团热力学特点数值模拟方法，能准确的模拟水相和气相的压力，从而保证输水管道系统的稳定性。较好的模拟水气两相分界面处的热力学相关参数，在此基础上进一步研究初始气体含量变化对管道内气体的压力和温度的影响。
2、本专利技术提供一种考虑输水管道系统留存气团热力学特点模拟方法，具体步骤如下：
3、s1、构建输水管道系统中的考虑留存气团热力学特点的气团数值计算方程；
4、s2、构建输水管道系统中的考虑了留存气团热力学特点的水气两相分界面控制方程；
5、s3、构建输水管道系统中的考虑了留存气团热力学特点的水体
6、s4、输水管道系统中的考虑了留存气团热力学特点模型的求解。
7、s5、处理计算结果，与实验结果和模拟结果对比验证，对模型进行评价验证。
8、进一步地，所述步骤s1，考虑留存气团热力学特点的气团数值计算方程：
9、pair＝ρairrtair或
10、式中：r、tair和pair为摩尔气体常数、绝对温度值和气体的压力；ρwater和ρair分别为水和气团密度。
11、模型ⅰ和模型ⅱ中引入了气体的热力学方程：
12、hairlairm＝hair0lair0m或hairvairm＝hair0vair0m (2)
13、式中：vair和hair是气体的体积和压力；lair0是在t＝0时刻的气体的长度；m是气体的温度变化系数。
14、输水管道系统中的气团温度和气团体积具有如下关系：
15、vairm-1tair＝vair0m-1tair0或
16、式中：tair0为t＝0时刻的温度；
17、进一步地，所述步骤s2中，构建输水管道系统中的考虑了留存气团热力学特点的水气两相分界面控制方程：
18、根据水气两相提出水气两相分界面处的气体长度和水压力的计算公式如下：
19、
20、hwaterc＝hair+zc (5)
21、式中：lwater是水体长度；hwc是水气两相分界面处水压力；v是流速。
22、进一步地，所述步骤s3中，考虑了留存气团热力学特点的水体控制方程：
23、输水管道考虑了留存气团热力学特点的水体的质量守恒方程和动量方程：
24、
25、
26、式中：h是测压管水头；v是水体流量；f是管道摩阻；d是管道直径；g是重力加速度；c是水锤波速。
27、进一步地，所述步骤s4中，考虑了留存气团热力学特点模型的求解：
28、其求解包含以下内容：建立输水管道计算网格，将管段分为n个单元，每个单元长δx，时间δt，取水体中的某个截面为k截面，其相邻的左截面和右截面序号分别为k-1和k+1，采用行波特征线法对水体内部进行求解，采用插值模型对水气两相分界面进行求解。
29、a1.水体内部计算
30、将式(6)和式(7)的偏微分方程转化为常微分形式，其行波特征线方程为：
31、
32、
33、沿着行波特征线积分可以构建如下的水头计算公式：
34、
35、
36、其中：c是波速，qa，qb分别是a点和b点的流量，沿着正特征线和负特征线计算可以得到两线交点处(即n点)的水头和流量，根据式(11)、(12)得出以下改进的计算水头和流量的计算公式。
37、
38、
39、其中：
40、a2.水气两相分界面求解
41、由于水气两相分界面两侧存在压差，使得水气两相分界面位置时时改变，这样导致了两相分界“动边界”问题，则采用定网格特征线法计算会存在较大的问题。将两相分界面的求解分为以下几个步骤：
42、a21：n点h、q求取
43、水气两相分界面处的水头和流量求解较为困难，可以先求解n点的水头和流量，构建相应的行波法特征方程如下：
44、hn＝cn-rn·qn (15)
45、
46、根据以上2式，可得出n点的流量和水头。
47、a22：c点h、q求取
48、考虑到靠近水气两相分界面处的c点是在不断变化的，联立g点的行波法特征方程、压力平衡方程和热力学方程，提出以下水气两相分界面处的四个计算公式，联立求解可以得到c点的位置、水头和流量：
49、通过结合插值法和行波特征线法方程构建g点的水头方程：
50、
51、构建c点的位置方程：
52、
53、根据压力平衡方程可得：
54、hc＝hair (19)
55、代入热力学方程(2)式可得：
56、
57、g点与n点位置坐标相同，则g点的水头和流量由根据线性插值求得。当δx<δlwi≤2δx时，g点的水头和流量由点e和点f插值求得；当δlwi≤δx时，g点的值由n和点e插值求得；。
58、式(17)～(19)有4个方程4个未知数，即：xc,hair，hc,qc,联立可求得这4个未知数。
59、a23：计算网格节点的增添减少
60、在水气两相瞬变时，气团会产生膨胀以及压缩，为简化计算，要对水体部分划分的计算节点进行增添减少，从而保证0.5δx≤δlwi<1.5δx。增添的计算节点可根据相邻节点插值求取。
61、与现有技术相比，本专利技术的有益效果：本专利技术的一种考虑输水管道系统留存气团热力学特点模拟方法，具有如下优点：
62、(1)、输水管道系统相比于单一的水平管道系统更符合实际情况，参考价值更高；
63、(2)、输水管道系统留存气团热力学特点模拟方法能够模拟在不同气体含量对最大压力比率的影响；
64、(3)、考虑输水管道系统留存气团热力学特点的模型能够较好的模拟气体的温度变化本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种考虑输水管道系统留存气团热力学特点模拟方法，其特征在于：依次构建管道系统中留存气团的热力学特点控制方程、水气两相分界面控制方程，以及水体的控制方程，采用行波特征线法求解水体内部、插值模型对水气两相分界面进行求解，具体步骤如下：
2.根据权利要求1所述的一种考虑输水管道系统留存气团热力学特点模拟方法，其特征在于，在S1中，考虑留存气团热力学特点的气团数值计算方程：
3.根据权利要求1所述的考虑输水管道系统留存气团热力学特点模拟方法，其特征在于，在S2中，考虑了留存气团热力学特点的水气两相分界面控制方程：
4.根据权利要求1所述的考虑输水管道系统留存气团热力学特点模拟方法，其特征在于，在S3中，考虑了留存气团热力学特点的水体控制方程：
5.根据权利要求1所述的考虑输水管道系统留存气团热力学特点模拟方法，其特征在于，在S4中，考虑了留存气团热力学特点模型的求解：
6.根据权利要求5所述的考虑输水管道系统留存气团热力学特点模拟方法，其特征在于，
7.根据权利要求5所述的考虑输水管道系统留存气团热力学特点模拟方
...【技术特征摘要】
1.一种考虑输水管道系统留存气团热力学特点模拟方法，其特征在于：依次构建管道系统中留存气团的热力学特点控制方程、水气两相分界面控制方程，以及水体的控制方程，采用行波特征线法求解水体内部、插值模型对水气两相分界面进行求解，具体步骤如下：
2.根据权利要求1所述的一种考虑输水管道系统留存气团热力学特点模拟方法，其特征在于，在s1中，考虑留存气团热力学特点的气团数值计算方程：
3.根据权利要求1所述的考虑输水管道系统留存气团热力学特点模拟方法，其特征在于，在s2中，考虑了留存气团热力...
【专利技术属性】
技术研发人员：周领，胡垠盈，张俸溢，吴国颖，邱海云，高琳，陈艳，朱凤霞，樊锐，张海丽，陈志运，朱会龙，陈骞，熊婷婷，雷婷婷，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：
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