[發明專利]一種平頭孔板初生空化數確定方法

在審

• 申請號: 201711062387.3
• 申請日: 2017-11-01
• 公開（公告）號: CN107748823A
• 公開（公告）日: 2018-03-02
• 發明（設計）人: 艾萬政;王偉軍
• 申請（專利權）人: 浙江海洋大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06F17/11;G06Q50/06
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司33109
• 代理人: 尉偉敏

1.一種平頭孔板初生空化數確定方法，其特征是，一種平頭孔板初生空化數確定方法具體采用如下步驟：

步驟一、確定影響初生空化數σ_i的因素，包括管道水流雷諾數Re，孔板直徑d與泄洪洞直徑D的比值β，孔板厚度T與泄洪洞直徑D的比值α；

步驟二、基于RNG k-ε模型建立水流通過平頭孔板的數值模擬模型；

步驟三、基于RNG k-ε模型確定初生空化數σ_i的計算方法；

步驟四、對數值模擬結果進行分析擬合，確定初生空化數σ_i與影響初生空化數σ_i的因素之間的經驗表達式。

2.根據權利要求1所述的一種平頭孔板初生空化數確定方法，其特征是，步驟一中確定影響初生空化數σ_i的因素具體為：初生空化數的定義公式為

σ_i＝(p_∞-p_v)/(0.5ρu²)(1)

其中，p_∞是指孔板初次發生空化時孔板前面未擾動斷面的臨界壓強，p_v是水流的飽和蒸汽壓，ρ是流體的密度；u是泄洪洞水流的平均流速；

由于空化首先發生在壓強最低處，如果認為空化初生時氣泡內充滿著水汽，此時p_v應該等于孔板后的最低壓強p_min，式(1)也可表達成

σ_i＝(p_∞-p_min)/(0.5ρu²)(2)

由于以上參數都是獨立變量，且這些獨立變量也是(p_∞-p_min)的函數，因此可以得到

p_∞-p_min＝f(D，d，T，ρ，μ，u)(3)

式(3)可以改寫成

(p_∞-p_min)/(0.5ρu²)＝f(d/D，T/D，uDρ/μ)(4)

結合式(1)和式(4)，可以得到

σ_i＝f(β，a，R_e) (5)

其中Re＝uDρ/μ為管道水流雷諾數，β＝d/D為孔板直徑d與泄洪洞直徑D的比值(孔徑比β)；a＝T/D為孔板厚度T與泄洪洞直徑D的比值(厚徑比α)。

3.根據權利要求1所述的一種平頭孔板初生空化數確定方法，其特征是，步驟二中基于RNG k-ε模型建立水流通過平頭孔板的數值模擬模型具體為：

(1)水流通過平頭孔板的數值模擬模型包括以下控制方程：

連續方程：

動量守恒方程：

k-方程：

ε-方程：

其中：x_i(＝x，y)為軸向及徑向方向坐標，u_i(＝u_x，u_y)為軸向或徑向方向的水流速度，ρ是流體的密度，p為壓強，v為水流動力粘度，v_t是渦粘度，v_t＝C_μ(k²/ε)，k表示湍流動能，ε為湍流動能耗散率，C_μ＝0.085，其他參數取值分別表示為η＝Sk/ε，C₁＝1.42，η_o＝4.377，λ＝0.012，C₂＝1.68，α_k＝α_ε＝1.39；

(2)水流通過平頭孔板的數值模擬模型的邊界條件包括：入流邊界、出流邊界、對稱軸邊界以及壁面邊界，各邊界條件的處理方法是：入流邊界條件有入流平均流速、湍流動能分布、湍流動能耗散率分布，它們的數學表達式分別為u_in＝u₀，k＝0.0144u₀²，ε＝k^1.5/(0.5R)，其中u₀為入口平均流速，R為泄洪洞半徑；出流邊界處理方法為假定出流得到充分發展；對稱軸邊界的處理方法是假定徑向速度為0，而且各變量沿徑向的梯度也被認為是0；壁面邊界的處理方法為邊界層流中采用了無滑移假定，壁面邊界速度與邊界節點的速度分量相等。