结合部耦合的能量分析方法

输流管道系统中的水击现象会导致流体压强大幅波动,威胁管道和设备的正常工作,因此评价其瞬变流动特性具有重要的研究意义。该文基于流固耦合(FSI)水击理论,建立了能量分析方法,讨论了流体能量和管道能量的变化规律,旨在描述结合部耦合对水击过程瞬变流动特性的影响。首先采用特征线法对流固耦合4方程模型进行数值求解并验证。在此基础上对模型进行数学推导和变换,获得了管道能量和流体能量的物理表达式和控制方程。深入分析了系统中能量的传递和转换过程,进一步借助无量纲因子对结合部耦合的影响进行了定量化描述。分析结果表明：考虑结合部耦合后,管道下游约束减弱,流体能量和管道能量均有不同程度的增大,系统流固耦合的剧烈程度有所增大,管道运动的剧烈程度显著增大,流体压强脉动的剧烈程度稍有减小。研究成果有助于理解和对比流固耦合水击过程动态响应,对定量化描述其瞬变流动特性具有重要意义。