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在石油工业中的管道系统中常含有两种物质的流动。由于管道中空穴的存在,液柱分离,或水力的波动,气体会滞留在管道中,而且在这些情形中的流动是气体和液体的混合物。在混合物中压力波速不象在纯液体中波速那样是恒定的,汽液混合物中的波速随压力变化。而且,控制方程的系数是与压力相关的,因此在含有两种物质瞬变流动分析比单相流动更为复杂和困难。此外,由于特征线法的局限,压力波的急速变化造成了震荡波的形成。与具有相同速度的流动相比,如果每种物质在流动时具有不同的速度时,分析的复杂性会增加(无滑移模型)。 如果流体中空穴比很小,汽液混合物可以被当成是拟流体来处理。这种假设很大地简化了分析,并且通常为工程应用提供了可以接受的结果。无滑移的汽液混合物的瞬变流动由一组双曲线型的偏微分方程来描述。这些方程的精确解是不可能的,但是可以采用数值方法来计算。由于方程中的系数与压力有关,这也使得数值求解有困难。特征线法和一些有限差分格式被用来分析含两种物质的瞬变流动。 本文将含有少量空气的液体当成是一种近似的流体,联合运用动量方程、连续性方程建立了在管道中均匀分布空气的水击模型,并编写了相应的计算软件,进行了数值模拟和相应的压力一时间曲线。具体内容如下: 采用了计算一维流体力学的差分方法Mac Cormack格式和Gabuttie格式来计算给定条件的关阀时的管道内的压力一时间曲线。对这两种格式进行了合理的推导,补充了相应计算中所需要的公式。在测试点的位置分别用这两种方法进行了计算,将用这两种方法得到的压力一时间曲线和S_α~β有限差分及特征线法得到的压力一时间曲线进行了对比,讨论了实际水击计算中管道的弹性和液体中的气体对其的影响。 两种新的二阶显式有限差分格式被用来计算含两种物质的水击分析。这些格式是在计算流体力学中采用的,近来用于解决管道中的瞬变问题。高阶格式每一次的时间步长需要更多的处理,采用这些方法使用更少的节点就可以获得同样的精度。 计算的结果与实验结果的比较证明了简化模型和计算程序的有效性。关键词:瞬变流特征线法有限差分法水击