粘弹性输水管道瞬变流数值模拟分析

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1、硕士学位论文粘弹性输水管道瞬变流数值模拟分析NUMERICALSIMULATIONANALYSISOFTRANSIENTFLOWINVISCOELASTICWATERCONVEYANCEPIPELINE杜璇哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TV134.1学校代码：10213国际图书分类号：532.1密级：公开工学硕士学位论文粘弹性输水管道瞬变流数值模拟分析硕士研究生：杜璇导师：伍悦滨教授申请学位：工学硕士学科：水力学及河流动力学所在单位：建筑学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:T

2、V134.1U.D.C:532.1DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringNUMERICALSIMULATIONANALYSISOFTRANSIENTFLOWINVISCOELASTICWATERCONVEYANCEPIPELINECandidate：DuXuanSupervisor：Prof.WuYuebinAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：HydraulicsandriverdynamicsAffiliation：Sc

3、hoolofArchitectureDateofDefense：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要输水管道是城市供水系统的重要组成部分，其运行状态将对供水安全性和管网输水能力产生重大影响。现阶段对输水管道中瞬变流造成危害的预防和控制方法的研究主要针对的是弹性管道。但随着高分子材料技术的发展，粘弹性管道在中国得到广泛的应用。为了准确了解粘弹性管道中的实际压力波动情况，本文建立了粘弹性管道瞬变流模型，并且分析不同因

4、素对纯液相以及气液两相瞬态流动过程模拟准确性的影响。首先，对粘弹性管道纯液相瞬变流问题进行简化，详细推导基本微分方程，假设摩阻系数不发生变化，建立粘弹性管道纯液相瞬变流模型。依据文献中的实验结果，对比不同流态下粘弹性管道瞬变流模型与弹性管道瞬变流模型模拟的准确性。结果表明：考虑管道粘弹性可以显著提高纯液相瞬变流模型的准确性，使压力波振幅值最大相对误差降至0.37%~6.34%；管壁约束系数越小，得到的压力波动的振幅值越大。然后，对粘弹性管道的摩阻模型做出修正，分别引入改进的IAB摩阻模型和Vardy-Brown摩阻模型，建立引入瞬态摩阻模型

5、的粘弹性管道纯液相瞬变流模型。依据文献中的实验结果，分别对比不同流态下高密度聚乙烯管和中密度聚乙烯管中纯液相瞬变流模型模拟的准确性。结果表明：修正摩阻模型可以提高纯液相瞬变流模型的准确性，且引入Vardy-Brown摩阻模型时模拟结果更接近实验结果，此时压力波振幅值最大相对误差为0.22%~4.46%。最后，对粘弹性管道气液两相瞬变流现象展开研究。分别引入不同摩阻模型，建立粘弹性管道气液两相瞬变流模型。依据文献中的实验结果，对比紊流状态下引入不同摩阻模型的粘弹性管道气液两相瞬变流模型模拟的准确性。结果表明：对于瞬时低压小于饱和蒸汽压的粘弹性

6、管道，必须同时考虑管道的粘弹性和断流弥合水锤现象，才能反映管道中实际压力波动情况，并且可以通过修正摩阻模型来提高粘弹性管道气液两相瞬变流模型的准确性，引入改进的IAB摩阻模型时压力波振幅值相对误差降至3.56%~7.14%。综上所述，本文建立了粘弹性管道纯液相及气液两相瞬变流模型，并依据文献中的实验结果，对管道的粘弹性、管壁约束系数、不同的摩阻模型等影响模拟准确性的因素进行了分析，为粘弹性管道的瞬变流研究提供了参考依据。关键词：粘弹性管道；瞬变流；摩阻模型；气液两相流-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractThewaterpip

7、elineisanimportantpartoftheurbanwatersupplysystem,anditsoperationalstatuswillhaveamajorimpactonthesafetyofwatersupplyandthewatertransmissioncapacityofthepipelinenetwork.Atpresent,theresearchonthepreventionandcontrolofthedamagecausedbythetransientflowinthewaterpipelinemainl

8、yfocusesontheelasticpipeline.However,withthedevelopmentofpolymermaterialstechnology,visco