[發(fā)明專利]基于Brunone動態(tài)摩阻的管道泄漏特性Godunov模擬方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010118255.3
• 申請日: 2020-02-26
• 公開（公告）號: CN111339701B
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周領(lǐng);李赟杰;曹云;王沛;方浩宇;薛子劍
• 申請（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/28;G06F30/17;G06F111/10;G06F113/08;G06F113/14;G06F119/14
• 代理公司: 南京縱橫知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 張賞

1.基于Brunone動態(tài)摩阻的管道泄漏特性Godunov模擬方法，其特征在于，包括：

將改進的Brunone動態(tài)摩阻模型引入非恒定管道控制方程，包括：

考慮動態(tài)摩阻的非恒定管道控制方程為：

其中，H為測壓水頭，V為平均流速，a為聲波在水中傳播的速度，g為重力加速度，x為距離，t為時間，D為管徑，f_q為準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)摩擦系數(shù)，J_u為動態(tài)摩阻項；

動態(tài)摩阻項J_u為：

其中，k為摩阻系數(shù)；

在有限體積法體系下將泄漏管道分為N個控制體，將非恒定管道控制方程轉(zhuǎn)化為黎曼問題，包括：

假定泄漏點發(fā)生在第i個控制體的右邊界；

將考慮動態(tài)摩阻的非恒定管道控制方程寫成黎曼問題的形式：

其中，

對于第i個控制體，將沿控制體左邊界i-1/2和右i+1/2積分得到：

其中，Δx為控制體長度，表示n+1時刻流體變量u在第i個控制體的平均值，表示n時刻流體變量u在第i個控制體的左邊界通量，表示n時刻流體變量u在第i個控制體的右邊界通量；

采用二階Godunov格式求解黎曼問題，得到控制體內(nèi)部邊界通量，包括：

在FVM-Godunov格式中，黎曼問題是以下初值問題：

其中，為n時刻流體變量u在i+1/2界面左控制單元平均值，為n時刻變量u在i+1/2界面右控制單元平均值，x_i+1/2表示i+1/2邊界處的x值，uⁿ(x)為n時刻x位置處流體變量；

通過求解特征方程得到兩個相互獨立的特征值：

分別對應(yīng)以下兩個特征向量：

由于特征向量K⁽¹⁾，K⁽²⁾線性獨立，所以和表示為：

其中，

其中，為矢量中的壓力和流速，為矢量中的壓力和流速；

由此得出系數(shù)α₁、α₂、β₁和β₂：

則黎曼問題的通解為：

u(x,t)＝β₁K⁽¹⁾+α₂K⁽²⁾

進而得到流體變量u在i+1/2界面的解析解：

在t∈[tⁿ，tⁿ⁺¹]的計算時間內(nèi)，流體變量u在第i個控制體的右邊界通量表示為：

同理，得到流體變量u在第i個控制體的左邊界通量

根據(jù)控制體內(nèi)部邊界通量計算下一時刻控制體內(nèi)部流體變量；

根據(jù)控制體內(nèi)部流體變量計算管道兩端邊界和控制體泄漏邊界處流體變量。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Brunone動態(tài)摩阻的管道泄漏特性Godunov模擬方法，其特征在于，所述摩阻系數(shù)確定如下：

采用試驗法進行經(jīng)驗預(yù)測；

或者根據(jù)下式確定：

其中，C^*為Vardy剪切衰減系數(shù)，

對于層流：C^*＝0.00476；

對于紊流：

Re為雷諾數(shù)。