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管渠结合系统非恒定流数值模拟及理论分析

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３ Ｚ ｅｇｈｕＨ ｄａ ｌ—ｃｏｌ Ｚ ｅｇｈ ｕ４ ００ ． ｈｎ ｚｏ ｙ ｒｕｗＳｈ ｏ， ｈｎｚｏ ５０ ２，Ｃ ｉ ） ｈｎ ａ
管相 对较 长时 ， 明渠和有压管段 均可划分成微段联合 计算 ， 面阐述 了这 种情况下用特征线 法数值模拟 时内边界条件 的 全 处理 方法。经 系列计算检验 ， 说明该方 法是合理 、 有效的 。
关 键 词 ：水力学 ；管渠结合 ；闸门关闭 ；壅水高度 ；数值模拟 文献标识 码 ： Ａ ｄ ｉ１ ．９ ９ ｊｉ ｎ １ ０ －３ ９２ １ ． １０ ５ ｏ： ３６ ／．ｓ ．０ ０１７ ．０ ２ ０ ．４ ０ ｓ 中图分类号 ：Ｔ ３ Ｖ１３
第３ ４卷第 １期
２１ ０ ２年 １月
人
民
黄
河
Ｖｏ ． ４。 ． １ ３ Ｎｏ １
ＹＥＬ ０Ｗ Ｌ
Ｒ ＶＥ Ｉ Ｒ
Ｊｎ．．０１ ａ ２ ２
【 利 水 电工 程 】 水
管渠结合 系统非恒定 流数值模拟 及理论分析
李 占松 何 晓辉 王玲玲 周 琼 ， ， ，
（１ 郑州大． ５ ０ １ ２ 河南省 中陆工程技术有 限公 司， 河南 郑州 ４ ００ ； ５ ０ ８
３ 郑 州水 利 学 校 ， 南 郑 州 ４０ ０ ） ． 河 ５ ０ ２
摘
要 ： 渠结合 系统非ｉ 常运行工况 闸门突然关） ， 大壅水高度 的计算对渠堤及 闸门的设计具有 重要 意义 。上 下 管 ｆ ＿ 司时 最
游闸门同时关闭时 。 管渠结合 系统最大 壅水 高度值存在 直接 水位波动和 间接水位波动 两种 类型， 并有 其判 别方法。有压
ｍ ｔｏ ｓ ｅｈｄ．Ｗｈ ｎｔｅｐｅｓｒ ｐｐ ｌｔｅｙｌ ｇ ｔｅｏｅ ａａ ｎ ｒｓｕｅｐｐ ｒ ｉｉｅ ｔ ｃｏｓｇ ｅ ｔａｄｊｉｔ ａ ｕａ ｄ ｎ ｅ ｅ ｒｓｕｅ ｉｅｉｒ ａｉ ｌ ｏ ，ｈ ｐｎｃｎｌ ｄｐｅｓｒ ｉｅ ｅｄｖｄｄｉ ｏ ｒ— ｍ ｎｓ ｎ ｎｌ ｃｌ ｌｔ ．Ｕ ｄｒ ｈ ｓ ｅ ｖ ｎ ａ ａ ｎ ｍｉ ｅ ｏ ｙ ｃ ｅ
Ａｂ ｔａ ｔ：Ｗ ｈ ｎ ｔｅｇ ｔ ｆｔｅｐｐ —ａ ａ ｏ ｉｅ ｙｔｍ ｓｓ ｄ ｅ ｌ ｌｓ ｄｕ ｄ ｒｎ ｎ ｎ ｒ ｌ ｐ ｒｔ ｇｃ ｎ ｉｉｎ ，ｃｌｕａｉｎｏ ｅｍａｉ ｍ ｓｒ ｃ ｅ ｈ ａｅｏ ｉｅｃ ｎ ｌｃｍｂｎ ｄ ｓｓｅ ｉ ｕ ｄ ｎｙｃｏｅ ｎ ｅ ｏ － ｏｍａ ｏ ｅａｉ ｏ ｄｔ ｓ ａｃ ｌｔｏ ｆｈ ｘｍｕ ｈ ｎ ｏ ｔ

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有压管道中的非恒定流

有压管道中的非恒定流


在给排水系统中，水流的状态和特性对于系 统的正常运行至关重要。非恒定流可能导致 水质恶化、管道堵塞等问题，影响供水质量 和排水效果。因此，给排水系统需要进行合 理的设计和控制，以应对非恒定流的影响， 确保供水安全和排水顺畅。
06
案例分析
工程实例一：某水电站引水渠的非恒定流计算
总结词
复杂地形地貌、高流速、大流量
VS
详细描述
水利工程中的水库、水电站、堤防等设施 ，其运行和安全受到水流特性的影响。非 恒定流的分析和控制对于水利工程的设计 、施工和运行管理具有重要意义，能够提 高工程的安全性和稳定性，保障人民生命 财产安全。
给排水系统
总结词
详细描述
给排水系统中的非恒定流可能导致水质恶化、 管道堵塞等问题，需要进行合理的设计和控 制。
管道本身的特性，如管道的长度、直径、弯曲程度、粗糙 度等，也会影响水流的状态，从而形成非恒定流。
非恒定流的特性
非恒定流具有时间依赖性，即水流的 状态随时间变化。
非恒定流具有复杂性，即水流的状态 受到多种因素的影响，包括上游和下 游的水库、泵站、阀门等设施的操作， 以及管道本身的特性等。
非恒定流具有空间依赖性，即水流的 状态在管道的不同位置有所不同。
化为控制体积上的离散方程，求解得到流场分布。
模型验证与误差分析
实验验证
通过实验测量管道中的流量、压力等 参数，与模型计算结果进行对比，验 证模型的准确性和可靠性。
误差分析
对模型计算结果与实验测量结果进行 误差分析，评估模型的精度和误差范 围，为模型的改进和完善提供依据。
05
非恒定流在工程中的应用
详细描述
某水电站引水渠地形复杂，水流速度较高，流量较大，需要采用非恒定流计算方法来准 确模拟水流的运动状态和变化规律。
管渠结合一维非恒定流数值模拟研究

管渠结合一维非恒定流数值模拟研究

维普资讯
第２ ９卷第 ４期 ２０ ０７年 ４月
人
民
黄
河
Ｖｏ ． ９． ． １ ２ Ｎｏ ４ Ａｐ ．， ０ ７ ｒ ２０
Ｙ 工Ｏ ＲＩ Ｒ ＥＩ Ｗ ＶＥ
【 利 水 电工 程 】 水
管渠结合一维非恒定流数值模拟研 究
李 占松 ， 周 琼 朱 太山 ， ， 范如琴
ｆ） １
之间的关 系 ：
Ｑ ： Ｑ
ａ ＋２Ｑ ｏ ＋［ Ａ Ｑ Ｑ ｇ
Ａ
一
曰 Ｏ ｇ 一）２ （ ｈＡ 譬 （ 詈 ＝（ ）
Ｊ＋ ｌ三
＝ｌ ＋ ： Ｊ。 芝 ＋ ＿
（） ８
式 中： Ｑ为流量 ； 为水深 ； Ｊ ｌ Ａ为过水 断面面 积 ； 水面宽 度 ； 曰为
主要研 究方向为计 算水力学及 工程水力学。

维普资讯
・
７ ０・ ＝ ＋ ， ＝ｈ ＝ ｈ
人
民
黄
河
２０ ０ ７正
因为 ，
＝ｈ ， 以联立式 （ Ｏ 、 所 １ ） 式
下游 由顺特征方程推算水深的公式为
ｈ Ｐ＝ｈ Ｌ＋（ Ｍ ￡ Ｐ—Ｑ ） （ ｗ一 Ｍ 一Ⅳ △ ＋Ｑ Ｌ ／ Ｂ ） （ ４ ２）
南水北 调中线工程包 括涵 洞 、 渡槽 、 虹吸 管等多 种建 筑 倒 物 ， 中涵洞 、 其 渡槽 可按 明渠情 况处理 ， 而倒虹吸管 可按有压 管 流情况处理 ， 即整个调水工程为管渠 结合 的系统 。特征线法 亦 是一维明渠非恒定 流数值 模 拟常用 的方 法。变 断面特别 是 管 渠结合断面边界 条件 的处 理是南 水北 调 中线 工程 数值模 拟计 算的关键 ， 因此有必要对变断面及管渠结 合断面 的处 理方法进
排水管网非恒定流数值模拟新方法

排水管网非恒定流数值模拟新方法

Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ａ ｅ ｓｍｕ ａｉ ｎ ｍ ｅｈ ｄ ｕ ｉ ｇ ｔｅ ｄ ｆｕ ｉｎ ｗａ ｅ ｍ ｏ ｅ ｓ ｐ ｅ ｅ ｔ ｄ ｔ ｉ ｌ ｔ ｈｅ ｕ ｔ ａ ｙ ｆｏ ｉ ｎ ｗ ｉ ｌｔｏ ｔ ｏ ｓｎ ｈ ｉｆ ｓｏ ｖ ｄ ｌｉ ｒ ｓ ｎ ｅ ｏ ｓｍｕ ａｅ ｔ ｎｓｅ ｄ ｗ ｎ ｌ ｕｒ ａ ｒ ｉ ａ ｅ ｎ ｔ ｒ ｓ Ｔ ｅ ｕｎ ｎ ｗｎ ｗａｅ ｅ ｅ ｎ ｓ ｈ ｒ ｅ ａｅ ｄ ｃ ｕｐ ｅ ｎ ｏ ｋ ｎ ｍａ ｉ ｖ ｎ ｉｆ ｓｖ ｂ ｎ ｄ ａｎ ｇ ｅ ｗｏ ｋ ． ｈ ｋ ｏ ｔ ｒｌｖ ｌａ ｄ ｄｉｃ ａ ｇ ｒ ｅ ｏ ｌｄ ｉ ｔ ｉ ｅ ｔｃ ｗａ ｅ ａ ｄ ｄ ｆｕ ｉｅ ｗａ ｅ ｃ ｍｐ ｎ ｎ ｓ ｎ ｏｖ ｄ ｒ ｓ ｅ ｔ ｅｙ Ｔｈ ｒ ｎ ｉ ｏ ｒ ｍ ｒ ｅ ｆｏ ｏ ｐ ｅ ｓ ｒ ｄ ｆｏ ｓｔｅ ｔ ｄ ｗｉ ｏ ｔｈ ｌ ｆ ｖ ｏ ｏ ｅ ｔ ，ａ ｄ ｓ ｌ ｅ ｅ ｐ ｃ ｉ ｌ ． ｖ ｅ ｔａ ｓｔ ｎ ｆｏ ｆｅ ｗ ｔ ｒ ｓ ｕ ｅ ｗ ｉ ｒ ａｅ ｔ ｕ ｅ ｐ ｏ ｉ ｌ ｌ ｈ
观测 资 料 验 证 计 算 结 果 表 明 ， 算 值 与 实 测 值 吻 合较 好 ． 计
关 键 词 ：扩散波模型 ； 非恒定流 ；明满流 ；排水 管网；数值计算
中图分 类号 ： Ｖ１４ １ Ｔ ３ ．
文献标 识码 ： Ａ
文章 编号 ：１ ９— ４ｘ（ ７ ｏ ０４ ０ ０ ６ｏ ￣ ）２— ０２— ６ ０
在 城市 排水管 网 的规 划 、 设计 中 ， 已广泛 采用 数值计 算 的方 法 ． 目前 ， 有 动力 波 、 散波 和 运 动波 等模 虽 扩 型模拟 排水管 网中的水流 运动 ， 仍 有一些 工程实 际 问题 尚未 得 到较 好 的解 决 ， 但 以致严重影 响数 值模型 的计
水力学专题 明渠非恒定流

水力学专题 明渠非恒定流


z z z z zw zw udz vdz u w v w w u b v b w 0 z z x b y b y y x z z w x z zb
结合边界条件：
z w (hu ) (hv ) 0 t x y
三、水波的分类 明渠非恒定流是一种具有自由水面的波动 （一）按主要作用力分 重力波（gravitational wave） ：主要恢复力为重力――洪水波 表面张力波（capillary wave） ：风波成长初期的涟波 压力波（compression wave） ： （少见――水下爆破引起等） （二）按质点运动方式分 振动波：波运动时，其水质点沿封闭的轨迹运动――海洋波浪 运行波：波运动时，水质点不断行进――洪水波
u
z zw
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z zw udz u w z x b x
dw
zb x

z zb
z zw vdz v w z y b y
v
z zw
zb y
z zb

zw
zb
w dz 0 z
w w w dx dy dz x y z
这里，我们只给出了两个方向的动量方程，z 方向的动量方程省去了。事实 上，由于垂向上的加速度和重力加速度相比可以忽略，垂向的速度 w 很小，所以
w 亦可以忽略。因此，垂向上的重力加速度和压力梯度平衡：
p g z
直接积分得： p g ( z w z )
一般地，河道中的水流均为紊流，所以要研究河流中的平均运动，就要用 雷诺时均方程，雷诺时均方程和 NS 方程相比，只是增加了紊动切应力项。 由于脉动流速在各方向上具有相同的数量级，所以雷诺应力在各方向上也 具有相同的数量级。但只是他们的梯度出现在方程中，而雷诺应力在垂向变化的 距离比纵向和横向上的小得多，故垂向上的梯度变化是最重要的。 鉴于此，描述自由表面流动的雷诺方程可简化为：