[發明專利]一種基于三維水錘CFD的閥門瞬態特性模擬方法

在審

• 申請號: 202010434804.8
• 申請日: 2020-05-21
• 公開（公告）號: CN111695306A
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 周領;曹云;李赟杰;方浩宇;潘天文
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06T17/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 杜鵬爽

1.一種基于三維水錘CFD的閥門瞬態特性模擬方法，其特征在于，包括：

(1)構建包含球閥的管道的三維數學模型的控制方程；

(2)根據工況實例，創建包含球閥的管道的三維仿真模型；

(3)將所述三維仿真模型進行網格劃分，并對邊界層部分和球閥部分進行網格加密確定三維數學模型計算域；

(4)引入水體可壓縮狀態方程、水錘波速方程用于描述水體壓縮性；

(5)引入球閥動態開關控制函數以供進行球閥動態關閉操作；

(6)根據工況實例確定初始條件和邊界條件，求解所述三維數學模型的控制方程，監測球閥瞬態特性。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)中構建的三維數學模型通過下述控制方程進行表示：

其中，ρ是水體密度，t是時間，是速度矢量，和分別是i、j方向流速矢量，p水體壓力，是剪切力，是重力加速度，是體積力。

3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，步驟(2)中，所述三維仿真模型采用“第一水庫-第一管道-球閥-第二管道-第二水庫”的結構，其中球閥被切割為獨立的單元。

4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述水體可壓縮狀態方程具體表示為：

所述水錘波速方程具體表示為：

其中，K_f為流體體積彈性模量，D為管道內徑，E為管道體積彈性模量，e為管壁厚度。

5.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述球閥動態開關控制函數具體表示為：

其中，ω為球閥角速度，t為時間，θ為球閥旋轉角度，t₁為球閥關閉時間。

6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(4)中，水體可壓縮性采用引入可壓縮源項的液體模型來描述，在求解連續性方程、動量方程和能量方程的基礎上耦合湍流模型，使整個求解系統封閉。

7.根據權利要求6所述方法，其特征在于，所述湍流模型采用SST k-ω湍流模型。

8.根據權利要求1～7中任一權利要求所述的方法，其特征在于，所述初始條件包括：輔助計算區域及全流道中流體狀態、進出水口的壓力；

所述邊界條件包括：管道壁面狀態、球閥動態關閉、第一水庫和第二水庫邊界恒壓。

9.一種計算機可讀存儲介質，其特征在于，所述存儲介質包括計算機指令，所述計算機指令被執行時可實現權利要求1～8中任一項所述的方法。