水击理论及水击波速研究

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水击现象往往会造成水泵、阀门、水轮机导水叶的损坏、压力水管道的爆裂、大量漏水等一系列事故。作为压力管道安全性的重要影响因素之一,水击现象一直以来倍受人们的关注。当前广泛应用的经典水击理论已有百余年历史之久,随之发展而来的计算方法也层出不穷。但目前用于水击计算的基本微分方程组还存在一些问题,水击理论需要进一步的验证完善。本论文首先介绍了传统水击理论及其数学计算模型,指出传统水击基本理论现存的一些问题及导致这些问题的可能性原因。接着,本论文在更正错误概念的基础上,完善了水击封闭方程组的计算模型,并对其进行数值计算分析,与传统水击方程组的计算结果进行对比分析,验证了完善后的水击封闭方程组的合理性和可靠性,同时还计算分析了伴随水击发生过程的管道断面面积、液体密度及液体流速的变化规律及其对水击压强变化结果的响应。在理论研究方面,本论文从水击现象的本质出发,采用能够正确反映水击波传播特征的运动水体为研究对象,综合运用质量守恒原理和动量定律,进行了严谨的水击理论的推导研究。最后,本论文在正确计算模拟水击现象的基础上,捕捉并分析研究了水击波传播速度的变化规律。本论文的主要见解有:1、水击计算的传统方程在建立过程中的确存在概念性问题,尤其不能正确反映水击现象的衰减规律。本论文完善后的水击计算的封闭方程组不仅能够准确的模拟水击发生瞬间系统内部压力波动的峰值,同时还能精确的反映水击波的衰减过程;2、在水击现象发生过程中,管道断面面积和液体密度也随着作非恒定变化。只是相对于水击压强的变化值来说,管道断面面积和液体密度的变化量比较小;3、本论文的理论研究表明:正确的水击波速计算公式可能不能按照目前通用的方法来推导得到,需要另寻他法进行水击波速的进一步探讨研究。4、本论文通过数值模拟计算捕捉水击波传播速度的变化规律表明,水击波速沿着管线并非常数,它随着水击波所到之处的压强、密度和管道断面的变化而变化。
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