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深隧系统多工况入流冲击滞留气团分析
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作者 汪怡然 俞晓东 +2 位作者 刘甲春 张健 徐辉 《西南交通大学学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第3期685-690,共6页
深隧系统作为一种有效的城市内涝防治措施,在多竖井入流时存在气团滞留,可能引发压力振荡等问题,从而威胁系统的运行安全.依托苏州河段深隧工程,建立双竖井单隧洞深隧系统模型,采用计算流体力学方法进行数值计算,并通过模型充水试验进... 深隧系统作为一种有效的城市内涝防治措施,在多竖井入流时存在气团滞留,可能引发压力振荡等问题,从而威胁系统的运行安全.依托苏州河段深隧工程,建立双竖井单隧洞深隧系统模型,采用计算流体力学方法进行数值计算,并通过模型充水试验进行验证,分析多工况入流冲击所导致的气团滞留对压力波动的影响,并总结其规律.结果表明:在设计入流工况下,3.5%的气团滞留可导致最大压力达到35.36 m,相当于控制水位竖井静压的1.77倍;当竖井总入流量恒定时,流量分配对压力的影响较小,而对称入流时极值压力最大,比单侧入流分别偏高3%和6%;在对称入流情况下,随着总入流量的增加,气团的最大压力会先增加后趋于稳定,在总入流量为116 m^(3)/s时,相较于29 m^(3)/s时增大约30%. 展开更多
关键词 瞬变流 数值计算 深隧系统 滞留气团
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水流冲击管道内滞留气团现象的VOF模型仿真分析 被引量:15
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作者 刘德有 周领 +1 位作者 索丽生 王丰 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第3期390-394,共5页
针对复杂管道系统内水流冲击滞留气团现象,采用VOF模型(Volume of Fluid Model)进行了数值模拟计算,并与一维模型进行了比较计算分析,结果表明:系统的最大压力并不总是气团的最大压力,有可能还会叠加水体对管壁的撞击而形成的突然升高... 针对复杂管道系统内水流冲击滞留气团现象,采用VOF模型(Volume of Fluid Model)进行了数值模拟计算,并与一维模型进行了比较计算分析,结果表明:系统的最大压力并不总是气团的最大压力,有可能还会叠加水体对管壁的撞击而形成的突然升高压力。与实验实测结果的比较分析表明:采用VOF模型,能够较精细地仿真水流冲击滞留气团现象的气团形态、流场结构以及压力分布等的变化过程,其压力数值计算结果与实验实测基本吻合,其计算误差明显小于现有一维模型的计算误差,是深入研究该复杂瞬变流现象的有效方法。 展开更多
关键词 瞬变流 VOF模型 滞留气团 数值模拟 实验实测
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管内水流冲击滞留气团的CFD模拟方法验证 被引量:11
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作者 马佳杰 周领 +2 位作者 刘德有 王欢 潘天文 《水电能源科学》 北大核心 2016年第12期110-113,共4页
在输/排水管道的快速填充过程中常会出现含滞留气团的复杂气—水两相瞬变流,极有可能引发异常的压力波动,从而导致严重的水力过载甚至爆管事故。目前,对于这种特殊瞬变流现象的研究基本采用一维方法或观测视角,无法准确反映气团的动态... 在输/排水管道的快速填充过程中常会出现含滞留气团的复杂气—水两相瞬变流,极有可能引发异常的压力波动,从而导致严重的水力过载甚至爆管事故。目前,对于这种特殊瞬变流现象的研究基本采用一维方法或观测视角,无法准确反映气团的动态特性。为此,基于计算流体力学(CFD)模拟方法,采用5种湍流模型对该瞬变流问题进行了二维(2D)数值模拟,并将其瞬态压力、水气耦合分布模拟与试验结果进行比较。结果表明,CFD模拟方法能有效模拟水气分布及压力动态变化;标准κ-ε和标准κ-ω模型计算的最大压力误差较小,RNG模型的压力波动周期吻合度最好,两种κ-ω模型的气团模拟效果欠佳。 展开更多
关键词 有压管道 滞留气团 瞬变流 数值模拟 湍流模型
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水流冲击管道内滞留气团的刚性数学模型 被引量:12
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作者 刘德有 索丽生 《水科学进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第6期717-722,共6页
通过数学分析证明,在不计局部水头损失时,目前常用的几种简化刚性数学模型的最大气压计算结果相等,并与管道内初始充水段长度无关。但算例表明,对于初始充水段较短或滞留气团体积很小情况,这些简化模型的计算误差将达到不容忽视的程度,... 通过数学分析证明,在不计局部水头损失时,目前常用的几种简化刚性数学模型的最大气压计算结果相等,并与管道内初始充水段长度无关。但算例表明,对于初始充水段较短或滞留气团体积很小情况,这些简化模型的计算误差将达到不容忽视的程度,甚至导出错误结论。笔者导出的完整刚性数学模型,弥补了简化模型的不足,同时指出了刚性模型的理论缺陷和适用条件。 展开更多
关键词 管道 瞬变流 滞留气团 水锤 刚性模型
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输水管线启动填充过程含滞留气团瞬变流数值模拟 被引量:5
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作者 周领 刘静 +1 位作者 黄坤 刘德有 《水利水电科技进展》 CSCD 北大核心 2021年第5期1-7,共7页
针对长距离输水管道系统启动填充过程中水流冲击滞留气团的水气耦合瞬变流现象,考虑水体弹性、气体可压缩性、水-气交界面的动态运动以及多气团间的相互作用,推导建立含多段滞留气团的输水管线启动填充过程的数学模型。提出采用局部插... 针对长距离输水管道系统启动填充过程中水流冲击滞留气团的水气耦合瞬变流现象,考虑水体弹性、气体可压缩性、水-气交界面的动态运动以及多气团间的相互作用,推导建立含多段滞留气团的输水管线启动填充过程的数学模型。提出采用局部插值法动态追踪水气交界面,采用特征线法对数学模型进行求解。计算结果与试验结果的对比验证了该模型能够准确地模拟多段滞留气团的瞬变压力。算例分析表明,对于含1段滞留气团情况,随着气团长度增大,气团最大压力先增大后减小;随着阻断水体长度增大,气团最大压力逐渐增大。对于含2段滞留气团的情况,随着气团间阻断水体长度的增大,系统最大压力交替出现于上、下游气团。 展开更多
关键词 输水管道 瞬变流 填充过程 滞留气团 水气耦合 数值模拟
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管道内水流冲击滞留气团的二阶Godunov数学模型 被引量:1
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作者 周领 李文娟 +1 位作者 刘德有 欧传奇 《水电能源科学》 北大核心 2021年第4期95-99,共5页
长距离输水、城市供排水等工程管道系统中常存在水流冲击滞留气团的现象,极可能产生异常压力波动,严重时甚至发生爆管事故。对此,提出将一种准确高效的非恒定摩阻模型引入水流冲击滞留气团的计算中,建立了考虑非恒定摩阻的二阶Godunov模... 长距离输水、城市供排水等工程管道系统中常存在水流冲击滞留气团的现象,极可能产生异常压力波动,严重时甚至发生爆管事故。对此,提出将一种准确高效的非恒定摩阻模型引入水流冲击滞留气团的计算中,建立了考虑非恒定摩阻的二阶Godunov模型;并采用"虚拟单元"处理上游入口边界及下游水气交界面,实现了边界通量和内部单元通量的统一计算,避免了以往分别计算两种通量的繁琐,以及追踪水气交界面时数值插值的复杂求解。将该模型计算结果与恒定摩阻模型计算结果及试验数据进行比较分析,结果表明考虑非恒定摩阻的二阶Godunov有限体积模型能准确预测瞬变过程中压力波动和能量衰减情况。 展开更多
关键词 瞬变流 滞留气团 二阶Godunov格式 非恒定摩阻 虚拟单元 水气交界面
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起伏管道内水流冲击滞留气团的三维动态特性模拟 被引量:14
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作者 卢坤铭 周领 +2 位作者 曹波 刘德有 王欢 《排灌机械工程学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第4期384-389,402,共7页
采用三维CFD方法对起伏管道内水-气耦合作用的过程进行建模和模拟,研究气团压缩-膨胀-变形的三维动态特性.在考虑气团压缩性、水体弹性基础上,采用Standard k-ε、RNG k-ε和Realizable k-ε这3种湍流模型进行模拟研究,并将三维计算结... 采用三维CFD方法对起伏管道内水-气耦合作用的过程进行建模和模拟,研究气团压缩-膨胀-变形的三维动态特性.在考虑气团压缩性、水体弹性基础上,采用Standard k-ε、RNG k-ε和Realizable k-ε这3种湍流模型进行模拟研究,并将三维计算结果、现有一维模型计算结果与试验结果进行了对比分析.结果表明:与一维模型相比,所采用的三维CFD模型能够较准确地模拟起伏管道内水流冲击滞留气团瞬变过程中气水形态变化和压力波动;Standard k-ε湍流模型能够较好地模拟压力峰值和波动周期,RNG k-ε、Realizable k-ε湍流模型次之;整个过程中,水-气两相互相掺混,水-气交界面自由变化,并不垂直于管道中心线,与管道中心线呈一定的夹角存在;三维CFD计算结果可以很好地模拟较短长度气团的动态特性变化. 展开更多
关键词 起伏管道 滞留气团 水-气耦合 动态特性 瞬变流
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水流冲击多段滞留气团的三维数值模拟 被引量:9
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作者 卢坤铭 周领 刘静 《排灌机械工程学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第3期264-269,共6页
针对水气两相瞬变现象,充分考虑了水体弹性、气体可压缩性、水-气交界面的动态运动以及多段气团间相互作用,采用三维CFD方法对起伏管道内含多段滞留气团的水气两相作用进行建模和模拟,选择Standard k-ε湍流模型进行模拟研究,将三维计... 针对水气两相瞬变现象,充分考虑了水体弹性、气体可压缩性、水-气交界面的动态运动以及多段气团间相互作用,采用三维CFD方法对起伏管道内含多段滞留气团的水气两相作用进行建模和模拟,选择Standard k-ε湍流模型进行模拟研究,将三维计算结果、现有一维模型计算结果与试验结果进行对比分析,并通过水气两相分布图展现动态变化过程.结果表明:与一维模型相比,三维CFD模型能够更为准确地模拟起伏管道内瞬变压力波动,并且能够清楚描述水气掺混、耦合的动态变化.水流冲击初始两段滞留气团压力波动曲线显示,多气团间的瞬变压力并非同步变化,可能呈现多气团峰值压力交替出现的情况,这与初始气团长度密切相关.水气交界面自由变化,阻断水体长度时刻发生变化,当水体运动到管道弯曲处时会产生新的阻断水体,将气团分成若干部分. 展开更多
关键词 瞬变流 输水管道 CFD数值模拟 水气耦合 滞留气团
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基于TFM模型的滞留气团数值模拟方法及PIV试验研究 被引量:1
9
作者 罗爽 陈奇 +2 位作者 刘霞 蒋劲 彭宇 《排灌机械工程学报》 CSCD 北大核心 2023年第1期50-55,共6页
为了研究有压输水管路局部高点处滞流气团的运动特性,寻求更为有效的数值模拟方法,基于双流体模型(TFM)构建滞流气团的两相瞬时流场,并与VOF模型的预测结果进行对比分析.通过粒子图像测速系统(PIV)对滞流气团局部流场的速度分布进行测量... 为了研究有压输水管路局部高点处滞流气团的运动特性,寻求更为有效的数值模拟方法,基于双流体模型(TFM)构建滞流气团的两相瞬时流场,并与VOF模型的预测结果进行对比分析.通过粒子图像测速系统(PIV)对滞流气团局部流场的速度分布进行测量,进一步验证前期构建数值模拟方法的合理性.结果表明:局部高点气团随水流下倾运动中,气团前端水流极大的速度梯度使区域流态紊乱导致气团表面张力无法维持气团形状而发生破碎;VOF模型无法模拟气液两相的相对运动,其预测出的气团运动速度要明显大于实际值;而TFM模型充分考虑了相间动量传递和相对速度的影响,能够更准确地预测滞流气团的流场速度分布和运动特性. 展开更多
关键词 粒子图像测速 滞留气团 计算流体动力学 双流体模型 多相流
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考虑动态摩阻的管道内水气耦合瞬变流的数值模拟 被引量:3
10
作者 黄坤 周领 +1 位作者 刘德有 欧传奇 《水电能源科学》 北大核心 2021年第1期108-111,86,共5页
输水管道系统中经常会发生水气耦合瞬变流,可能会引起异常压力波动,甚至造成爆管事故。目前针对水气耦合瞬变流的研究很少考虑动态摩阻的影响,往往会低估瞬变过程能量衰减。对此,引入一种高效准确的简化加权类动态摩阻模型,建立考虑动... 输水管道系统中经常会发生水气耦合瞬变流,可能会引起异常压力波动,甚至造成爆管事故。目前针对水气耦合瞬变流的研究很少考虑动态摩阻的影响,往往会低估瞬变过程能量衰减。对此,引入一种高效准确的简化加权类动态摩阻模型,建立考虑动态摩阻的水气耦合瞬变流模型。同时,采用虚拟塞法避免了特征线法在水气交界面的动态追踪时数值插值和求解的复杂。对比分析该模型计算结果与不考虑动态摩阻模型计算结果、试验数据,发现考虑动态摩阻的模型能更好地预测气团压力衰减和耗散,与试验压力峰值更为接近;入口压力越大,初始气团越小,动态摩阻对压力波动衰减的影响越大。 展开更多
关键词 瞬变流 滞留气团 水气耦合瞬变流 动态摩阻 特征线法
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