管道内水-气耦合瞬变流的模拟方法

摘要

本发明公开了一种基于有限体积法的管道内水-气耦合瞬变流的模拟方法，并考虑水-气耦合作用过程中冲击水体的对流项以及尾水深度的影响。首先将计算区域分成三个部分：冲击水体、水-气交界面和滞留气团。针对水体部分，首先将水体计算区域离散成计算网格单元，建立瞬变流基本微分方程的离散格式；然后，采用Godunov格式对水体单元控制体的数值通量进行求解。采用Runge-Kutta法对水体离散方程的数值积分项求解。采用Godunov格式和理想气体状态方程联立实现水-气交界面的动态追踪。通过引入斜率限制器来抑制虚假的数值振荡，从而实现二阶精度的模拟。可对输水管道系统中水流冲击滞留气团的水-气耦合作用水力现象进行准确、严格的数值模拟和瞬变分析。

主权项

一种管道内水‑气耦合瞬变流的模拟方法，其特征在于：采用有限体积法和Godunov格式来模拟有压管道系统中含滞留气团的水‑气耦合作用水力瞬变现象，具体步骤如下：步骤1：将管道系统内瞬变流进行划分为水体、水‑气交界面、滞留气团三大部分，并建立相应的控制方程，根据工程实例确定初始条件以及边界条件；步骤2：根据有限体积法划分计算网格，并建立离散方程；步骤3：采用Godunov格式求解水体的离散方程的数值通量，并取得二阶精度；步骤4：通过基于Runge‑Kutta方法对水体的离散方程的数值积分项进行求解，从而得到二阶显式有限体积法的Godunov格式；步骤5：给出二阶显式有限体积法的Godunov格式所满足的CFL条件；步骤6：采用Godunov格式和理想气体状态方程联立实现水‑气交界面的动态追踪。