Математическое моделирование нестационарного течения сжимаемой жидкости и диагностика исполнительных устройств

• Автор: Колбая, Тимур Чичикович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 155 с. : ил.

Оглавление
Введение.

Глава 1. Математические модели течения сжимаемой жидкости

1.1. Анализ особенностей постановки задачи возникновения течения сжимаемой жидкости.

1.2. Обзор работ по математическому моделированию и

экспериментальному исследованию возникновения течения сжимаемой жидкости

1.2.1. Линейные модели неустановившегося течения жидкости.

1.2.2. Возможные варианты постановки граничных условий

1.2.3. Нелинейные модели неустановившегося течения жидкости.

1.3. Методы численного решения задач возникновения

течения сжимаемой жидкости

1.3.1. Метод характеристик
1.3.2. Методы сквозного счета.
1.4. Анализ динамических характеристик исполнительных устройств.
1.4.1. Способы определения расходных характеристик
1.4.2. Способы определения времени открытия проходного сечения исполнительных устройств
1.5. Цели и задачи исследования.
Глава 2. Математическое моделирование нестационарного течения
сжимаемой жидкости в цилиндрическом канале с
исполнительным устройством на конце.
2.1. Моделирование нестационарного течения сжимаемой жидкости в потоке переменного сечения сеточнохарактеристическим методом.
2.2. Моделирование возникновения однонаправленного движения сжимаемой жидкости в трубопроводе с исполнительным устройством
2.2.1. Анализ особенностей течения при возникновении движения сжимаемой жидкости по трубопроводу
2.2.2. Аналитические решения уравнений движения
невязкой сжимаемой жидкости
2.3. Решение трех сопряженных задач при возникновении течения сжимаемой жидкости в трубопроводе
2.3.1. Первичная волна давления в период формирования.
2.3.2. Распространение по трубопроводу сформировавшейся первичной волны давления
2.3.3. Течение невязкой сжимаемой жидкости по
трубопроводу после прохождения первичной волны
давления.
2.4. Граничное условие в сечении перед клапаном
2.5. Основные результаты и выводы по второй главе
Глава 3. Экспериментальное исследование переходных процессов
в системе емкость трубопровод клапан
3.1. Цель экспериментов
3.2. Состав и описание материальной части
3.3. Варианты установок для испытаний клапанов.
3.4. Системы управления стендом и регистрации параметров
3.5. Результаты экспериментов
3.6. Основные результаты и выводы по третьей главе.
Глава 4. Результаты экспериментальных исследований переходных
процессов в системе емкостьтрубопроводклапан
4.1. Анализ переходных процессов и определение времени
срабатывания клапанов.
4.2. Определение величины эффективного проходного сечения клапанов
4.3. Оценка погрешностей определения времени срабатывания и расчетной величины площади эффективного проходного сечения клапанов
4.4. Сравнение результатов моделирования и экспериментов
4.5. Основные результаты и выводы по четвертой главе.
Основные результаты и выводы
Список литературы


Проведен анализ изменения-величины перепада давления, при распространении ПВД по трубопроводу, а также изменения- скорости прохождения- ПВД по' участкам трубопровода для различных клапанных устройств. Определены временные характеристики испытанных клапанов (время открытия и закрытия), а также рассчитаны значения величины-эффективной-части проходного сечения клапанов. Проведена оценка погрешности определения времени срабатывания и величины ЭПС клапанных устройств. Сравнение результатов численного моделирования и экспериментальных данных показало достаточно близкое их совпадение. Степень совпадения результатов моделирования и экспериментов зависит в первую очередь от степени совпадения- расчетного (заданного) закона и реального характера открытия проходного сечения клапанного устройства. Глава 1. Интерес к задачам газо- и гидродинамики имеет весьма давнюю историю,-а современные темпы научно-технического прогресса заставляет ученых обращать все более пристальное внимание к теоретическим задачам и практическим методам этих наук. В самом начале XX века появились признанные позже фундаментальными работы Н. К. Жуковского, посвященные движению жидкости в гидросетях и гидравлическому удару (гидроудару) [], и С. А. Чаплыгина о газовых струях [], определившие дальнейшие направления развития в данных областях. Без вышеупомянутых работ было бы невозможно дальнейшее развитие оптимального проектирование многих ПГС, работающих с высокими скоростями течения жидкостей и газов под высокими давлениями. Научно-технический прогресс обусловил появление широкого класса механизмов и машин, в которых неизбежно приходилось использовать явления волнового движения жидкости и газа с большими градиентами давлений и скоростей. Появление нефте- и газопроводов, а также линий транспортировки веществ, не допускающих утечки, требовало использования новых принципов описания движения этих сред по трубопроводам, удовлетворяющих поставленным задачам. Все это привело к необходимости математического моделирования задач о неустановившемся движении жидкости в сложных ПГС, в которых приходится учитывать одновременно сжимаемость жидкости. Модель сжимаемой жидкости, текущей в трубах, позволяет описать распространения волн давления в трубопроводах, однако более сложная в постановке задачи и нахождении решения. Механизмы ряда явлений, например нелинейного искажения формы волны при распространении-по трубопроводу, изучены недостаточно [, , ]. Поэтому, описание нестационарного движения реальных жидкостей трубопроводах переменного сечения представляет собой достаточно сложную задачу. Значительный практический и теоретический интерес представляет изучение возникновения течения и, как следствие распространения в них так называемого отрицательного гидроудара. При открытии затвора, который до этого был полностью-или частично закрыт, вверх по течению распространяется волна понижения давления. Одним из первых, изучавших это явление, был Н. Е. Жуковский [], который получил простые инженерные формулы-для расчёта скорости перемещения фронта волны гидроудара и соотношения для-превышения скорости течения жидкости на волне гидроудара. В монографии И. А. Чарного [] последовательно-и подробно построены: и изучены уравнения в частных производных гиперболического типа, описывающие одномерное нестационарное поле давления и скорости жидкости в трубопроводе. Исследованию динамики сжимаемой жидкости в трубопроводах в случае быстрого закрытия1 или открытия проходного сечения трубопровода посвящено достаточное количество работ и монографий-[ 1, 5, , , , , , , , , , , , , ] и значительное количество частных работ, выполненных на различном уровне строгости и точности. Математическое моделирование подобных явлений осуществляется на основе уравнений в частных производных гиперболического типа. Общая теория решения1 таких задач хорошо развита и доведена до практического применения при решении одномерных и многомерных задач численными методами [2, , , , , , ; , , ]. Широко'распространёнными и обоснованными являются численные методы характеристик и конечноразносные методы [5, 6, , , , , , , ].