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在液体管道瞬变流计算中,传统的拟恒定摩阻模型不能准确描述瞬变流的真实物理现象。多年来人们一直在研究瞬变流摩阻的精确表达式和计算方法。总结了液体管道中瞬变流摩阻的计算方法,着重阐述了瞬变流非恒定摩阻问题的主要研究成果,介绍了几类有重要价值的非恒定摩阻模型及相应的应用范围,并给出了各类模型进行数值计算的思路,最后通过算例验证了非恒定摩阻模型比传统的拟恒定摩阻模型能更精确地模拟液体管道瞬变流压力波的衰减和波形畸变。
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第
27
卷第
3
期
2
∞
5
年
6
月
西南石油学院学报
Vo
l.
27
No.3
lun
2
∞
5
Joumal of
So
uthwest Petroleum InslÎlule
文章编号:
1α)()
-2634(2
∞
5)03
-∞
%-04
液体管道瞬变流摩阻的计算方法*
岑康,李长俊,廖柯蕉,严宇,袁达明
摘要:在液体管道瞬交流计算中,传统的拟恒定摩阻模型不能准确描述瞬变流的真实物理现象。多年来人们一直在
研究瞬变流摩阻的精确表达式和计算方法。总结了液体管道中瞬交流摩阻的计算方法,着重阐述了瞬变流非恒定摩
阻问题的主要研究成果,介绍了几类有重要价值的非恒定摩阻模型及相应的应用范围,并给出了各类模型进行数值
计算的思路.最后通过算例验证了非恒定摩阻模型比传统的拟恒定摩阻模型能更精确地模拟液体管道瞬变流压力泼
的衰减和波形畸变心
关键司:液体;管道;瞬交流;水击;摩阻;非恒定摩阻
中固分类号:
TE732
文献标识码
:A
引
在液体管道中,由流量调节、阀门启闭、起停泵
及意外事故等因素造成液体管道流量和
l
压力波动从
而产生水击现象是很常见的
O
严重水击甚至会造成
管道、阀门等设备的破裂或庄瘪。因此,在管道设计
阶段及运营过程中,准确地进行水击分析并以此为
依据采取恰当的控制措施是保证管道系统安全运行
的重要前提。
在传统的管道水击计算中,均假定发生水击时
的摩阻(管壁切应力)与速在为定常时的摩阻相同
〈即拟恒定摩阻假设,水击时的管壁切应力用
Darcy
Weisbach
摩阻系数计算)。在此基础上,从提高精度
的角度出发,人们提出了计算摩阻项的不同阶精度
模型。然而,实验和理论研究均表明:恒定流与瞬变
流(非恒定流)具有不同的前功特征,瞬变流摩阻由
恒定流摩阻和附加项(流体主性影响)两部分组成;
传统的水击计算低估了水击
l
时的摩阻值,虽能准确
预测关阅瞬间最大升压和
V
压值,但不能准确预测
此后水击压力波的衰减过军租波形畸变。而且,现
在的管道系统正向着大型
f
网化方向发展,在管网
水击中,由于管道中各部完专播、反射波的相互叠
加,管网中的最大升压和降
2
值往往并非出现在关
阀瞬间,而常常在关阀后出
10
因此,寻找更为精确
的瞬变流摩阻模型进行水量分析具有相当重要的理
论价值和工程实际意义
o
*收稿日期
:2
仪)4
-04-18
1
传统水击数值计算时摩阻的计算
文献[
1
]、
[2]
推导的瞬变流动量方程和连续方
程为
式中
θ
H
"aV
aV
4
g ".,.. +
V
一+一
+
~~Tw
= 0
(1)
ax
ax
θtρ
D'W
aV
aV
~
aV
一+一-
Vsinα+
一
~':::O
(2)
ax
at
g
ax
z
一沿管道中心线方向的距离;
t
一时间;
H
一压头;
V
一管流平均流速;
D
一管道内径;
g
一重力加速度;
ρ
一流体密度;
f-Darcy
-
Weisbach
摩阻系数;
α
一水击波波速;
α-
管道倾角;
TW
一一壁面切应力。
文中后面各式符号含义与此相同。
假定发生水击时的壁面切应力
TW
与速度为走
常时的壁面切应力
TWS
相同(拟恒主假设)
,利用
fV
l
VI
Darcy -
Weisbach
公式
TWS
ιt
二,文献[
1
]推
作者简介:岑康
(1975-).
男(汉族).四川乐山人,在读硕士,主要从事管道瞬变流研究。
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weixin_38661939
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