天然气管道瞬变流动数值模拟新算法

针对管道中介质瞬变流动的非线性偏微分方程组难以解析求解的问题,由质量、动量、能量三个偏微分方程构成的控制方程组,应用TVD/Godunov混合算法数值模拟天然气管道中气体的瞬变流动,摒弃了传统的差分方法对动量方程非线性对流项的线性化处理,而直接处理非线性对流项,从而大大提高了算法的稳定性和管道瞬变流动的仿真精度。算法采用了时间分裂法描述不完全堵塞管道,没有作等温假设,进一步增进了数值模拟的精度与合理性,获得了理想精度的计算结果。     

气体-纤维流动的一个计算模型及其在典型流动中的应用举例

本文对气体-纤维两维粘性定常流动的计算采用了网格中的质点源(PSI)模型方法。它包括以网格中的源项形式来计算气体相的质量守恒方程与动量方程。以球链模型代替纤维,网格中的动量源项是由计算网格中的纤维对气体的作用力的冲量而决定的。对典型流场中的气体-纤维流动作了数值计算,其中之一与 Bangert 和Sagdeo 的实验作了比较。     

幂律流体突扩管道湍流流动的研究

考虑幂律流体的本构关系,结合流动指数的影响,建立了适用于幂律流体的N-S动量方程和湍流模型方程;采用SIMPLE算法,对不同流动指数的幂律流体突扩管道湍流流动进行了数值计算,计算结果和实验数据吻合较好,对计算结果进行分析后发现,对于不同流动指数的幂律流体,其湍流变化趋势不同,从而揭示了流动指数对幂律流体突扩管道湍流流动有重要影响。     

MPC增压系统三分支流动计算模型研究

提出一种计算柴油机排气管三分支中气体流动过程的数学模型；其主要特点是以动量方程代替压力损失模型扣拟动量方程，用Ｖａｚｓｏｎｙｉ公式计算出在马赫数小于０．４５条件下的动量损失系数。并在动量损失系数与分支中的流动状态无关的情况下将所计算出的结果外延到整个亚音速范围。算例分析表明，新模型的计算结果与实验吻合。     

天然气管网的瞬变流动数值模拟

研究和了解天然气管网中的瞬变流动,是对管网进行优化设计,提高运行管理的安全性以及更好的满足用户需求的前提和基础。本文以气体状态方程、动量守恒方程和连续性方程为基础,建立了天然气管网瞬变流动的数学模型,并定义了其典型的边界景件。采用带惯性因子的特征线法对三个方程进行处理。并用C＋＋语言编制计算程序,对管网水力瞬变过程进行了数值模拟。通过在动量方程中引入惯性因子,提高了数值计算效率,并能满足不同瞬变条件下的精度与计算速度要求。当管网温差较大时,应将整个管网划分为几个小系统,再在每个系统中按等温处理。     

离心叶轮外侧面摩擦损失计算

通过对离心叶轮外侧间隙中泄漏气体流动的分析,给出了速度分布,利用Ｇｏｌｄｓｔｅｉｎ由旋转圆盘实验得出的对数壁面率去处理叶轮外侧面的摩擦应力分布．求解边界层动量积分方程,计算了叶轮外侧面的摩擦损失．将计算结果与实验结果进行了比较,并对一台实际离心压缩机叶轮外侧面的摩擦损失进行计算,证明文中所述的计算叶轮外侧面的摩擦损失的方法是正确的,对离心式压缩机的设计具有一定的参考价值．     

通过连接不同管径截面的瞬变流动及计算

本文分析研究了液压系统中液流在连接不同直径管道的装置处，流动参数发生瞬变的物理特征。理论分析和实验研究表明，使用特征线法计算管道系统时，在大小管连接截面处，应考虑到该处的动量变化，才能准确描述液压管道系统的瞬变过程。     

基于动态摩阻的大落差输油管道 不稳定流动模拟

大落差输油管道高程起伏大,压力波动大,易由停泵、关阀等工况引发不稳定流动,导致管道局部压力降低和油品气化,引发弥合水击等现象。为准确预测大落差管道不稳定中流动压力、流量的变化,基于连续性方程、动量方程和能量方程,建立了大落差管道不稳定流动分析模型;结合Brunone-Vitkovsky动态摩阻模型,描述不稳定流动过程中的液体惯性加速带来的附加摩阻损失;采用特征线法和有限差分法求解模型。以某大落差管道中间泵站停泵工况为例,分析基于稳态摩阻与动态摩阻仿真的管道不稳定流动特征。结果表明：在稳定流动工况下,基于稳态摩阻和动态摩阻计算的管道压力、流量参数是一致的,但是在不稳定流动条件下基于动态摩阻计算的压力、流量比稳态摩阻模型值偏低。因此,基于动态模拟方法分析大落差输油管道的不稳定流动,对于提高管道压力、流量等工艺参数的预测精度,制定更加有效的不稳定流动安全防护措施具有重要意义。     

幂律流体流流动指数对其湍流流动的影响

考虑到幂律流体的本构关系,结合流动指数的影响,建立了适用幂律流体的Ｎ－Ｓ动量方程和湍流模型方程。采用压力耦合半隐式ＳＩＭＰＬＥ算法,对不同流动指数的幂律流体湍流流动进行了数值计算,计算结果与实验数据比较吻合,对计算结果进行分析后发现,对于不同流体指数的幂律流体,其湍流流动的变分趋势不同,从而揭示了幂律流体的流动指数对其湍流流动有重要的影响。     

滴流床反应器内小气液流量下液膜的波动

通过点电极检测到滴流床反应器内在滴流流型下流膜波动现象,对此波动实验数据进行频谱分析,其约为３Ｈｚ强相互作用流型下电导的变化也有该频率成分,应用气体质量、动量守衡方程描述气体在滴汉床反应器内的流动,数值计算表明气体压力存在波动,籍此可以解释小气液流量下液膜波动发生的物理机理。     

求解不可压缩流动的一种新算法

在Jameson有限体积法的基础上发展了一种模拟不可压流动的数值方法。该算法用四步Runge-Kutta时间推进法直接求解非线性的动量方程,充分利用了良好的非线性收敛特性,并从连续方程出发推导了求解压力的方程,解决了压力与速度的耦合问题。最后用该方法在同位网格上,对二维平板边界层流、二维顶盖驱动方腔层流及二维扩压器管道湍流进行了数值模拟。计算结果与理论值、标准解及试验数据进行了比较分析,从而证实了该方法对模拟不可压流动的适用性,并显示出了编程简单、易于推广、计算效率高等优点。     

水平井筒变质量环空流压降分析模型

在常规管道环空流流型压降分析的基础上,考虑管壁存在入流或出流对于环空流流型压降的影响,对气、液两相分别应用质量守恒方程和动量守恒方程,得到水平井筒气液两相变质量流动环空流流型的压降计算方法,计算结果表明;水平井筒气液两相变质量流动环空流流型的压降大于常规水平管道的压降;入流量越大,压降越大;管径越大,压降越小;要计算整个水平段压力分布,还需要结合井筒的流型判别以及其它流型的压降计算方法。     

同位网格有限体积法在变密度浆液流场计算中的应用

为研究自膨胀浆液的扩散机理,基于现代计算流体动力学理论,建立了一种变密度浆液二维流场计算方法.该方法采用结构化同位网格剖分计算区域,利用有限体积法离散浆液流动控制方程,借助动量插值技术构建压力修正方程;采用压力耦合方程组的半隐式算法(SIMPLE)迭代求解动量离散方程和压力、速度修正方程.通过变密度浆液在二维矩形狭槽中自由膨胀算例对该算法进行检验.结果表明,该方法求解正确,并具有较高的计算精度,为建立膨胀性高聚物注浆材料在二维裂隙中流动扩散仿真分析方法奠定了基础.     

激波通过三岔管通的计算

激波在管道中传播的研究是地下工程、管道工程、井巷工程中的一项重要课题。我们曾利用激波后气体准定常流动的关系式,提出了管道进口、管道直角弯道处激波计算的方法,并给出了计算结果供工程实践中采用(见参考文献(1))。那些结果与实验的数据有较好的吻合。本文将对管道三通(管道分岔)的激波运动提出计算的方法。计算结果也以列表的     

水平井筒变质量环空流压降分析模型

在常规管道环空流流型压降分析的基础上 ,考虑管壁存在入流或出流对于环空流流型压降的影响 ,对气、液两相分别应用质量守恒方程和动量守恒方程 ,得到水平井筒气液两相变质量流动环空流流型的压降计算方法 .计算结果表明 :水平井筒气液两相变质量流动环空流流型的压降大于常规水平管道的压降 ;入流量越大 ,压降越大 ;管径越大 ,压降越小 ;要计算整个水平段压力分布 ,还需要结合井筒的流型判别以及其它流型的压降计算方法     

存气水平管道分层流动阻力分析与实验研究

对存气水平管道的水头损失进行研究．推导了存气水平管道分层流动的压降计算式,在有机玻璃水平管中进行了相关实验,提出了存气管道分层流动水头损失与满管流水头损失的比值关系．研究表明：存气水平管道压降计算式的计算值与实验值较好吻合;相同流速下,随着气体积聚量的增加,水头损失先略微下降后逐步升高;水平管道气体积聚量与水流流速相关,随着流速增大,积聚量减少;液相折算流速、管道直径对存气管道分层流动水头损失与满管流水头损失的比值影响不大,其比值趋于同一曲线．     

水平井筒两相流压力计算模型

对水平井筒变质量分层流动进行了微元段流动分析,根椐气相和液相的连续性方程及动量方程,忽略加速度的影响,得到了气、液两相的混合动量方程,并由此建立了水平井筒变质量气、液两相流动的压力梯度模型,该模型中考虑了流体从油藏到井筒流动的影响。利用已有的处理水平管分层流动的方法,计算了考虑流体沿水平井筒有径向流入时水平井筒的压力分布。因为水平井筒上不同点的生产指数不同,所以,本模型更接近于实际。对沿井筒的压力降和流入剖面进行了实例计算。结果表明,随着水平井半径的减小,压力降逐渐增大,从而产生了不均匀的流入剖面     

水平井筒两相流压力计算模型

对水平井筒变质量分层流动进行了微元段流动分析，根据气相和液相的连续性方程及动量方程，忽略加速度的影响，得到了气，液两相的混合动量方程，并由此建立了水平井筒变质量气，液两相流动的压力梯度模型，该模型中考虑了流体从油藏井筒流动的影响，利用已有的处理水平管分层流动的方法，计算了考虑流体沿水平井筒有径向流入时水平井筒的压力分布，因为水平 不同点的生产指数不同，所以，本模型更接近于实际，对沿井筒的压力降和流     

滑动轴承油膜从层流到紊流过渡区域的研究

作为对滑动轴承油膜从层流到紊流过渡区域的研究,本文采用原始变量,应用解决三维抛物型流动的思想方法,分别求解Navier-Stokes方程组中周向(主流方向)动量方程和径向、轴向(横截面流动)动量方程,计算了同心圆柱轴承油膜在超层流工况下Taylor涡旋的速度场、压力场,较全面地计算分析了不同间隙比、不同泰勒数、不同波长比对涡旋的影响,并计算了内、外圆柱上的摩擦阻力矩,为进一步解决偏心圆柱轴承的问题准备了条件。     

气浮探头气膜流场的有限元数值模拟

建立了气膜流场中气体流动的数学模型,在提出了一系列假设条件的前提下,得到了气膜间隙中气体流动的控制方程,即简化的纳维尔斯托克斯方程及边界条件;采用有限元法对气膜流场进行了有效的数值模拟计算,初步实现了根据外负载的要求来确定气浮探头装置的性能参数。