Математическое моделирование гидроударов в разветвленных трубопроводных системах

• Автор: Бураева, Людмила Александровна
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Нальчик
• Количество страниц: 162 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1. Основные уравнения математических моделей течения

жидкости в гидросистемах

1.1 Теоретические основы математического моделирования нестационарных процессов

1.2. Основные уравнения характеристик модельного иеустановившсгося потока жидкости в простом трубопроводе
1.3. Математическое описание гидравлического удара и вывод рекуррентных формул его расчета

1.4. Гидравлический расчет простейших трубопроводных систем . .

Глава 2. Гидравлический расчет разветвленной трубопроводной системы

2.1. Математическая модель и структура расчета гидравлической системы.

2.2. Математическое описание гидравлических характеристик источников питания

2.3. Вычислительная модель расчета параметров узлов защнтиопредохрапитедыюй автоматики
2.4. Математическая модель движения жидкости в проточных частях закрытой оросительной системы.
2.5. Метод расчета кавитационных разрывов сплошности при гидроударах .
Глава 3. Вычислительный алгоритм и комплекс программ расчета динамических характеристик закрытой оросительной системы
3.1. Описание базы исходных данных для вычислительного алгоритма проектирования закрытой оросительной системы
3.2. Расчет динамических характеристик работы насосной установ
ки на переходных и установившихся режимах .
3.3. Расчет параметров функционирования защитнопредохранительных клапанов
3.4. Расчет динамических характеристик потока жидкости в проточных частях закрытой оросительной системы.
3.5. Расчет прямых гидроударов в конкретной гидравлической системе с учетом сжимаемости жидкости.
3.. Анализ результатов расчетных исследований .
Глава 4. Исследование режимов работы трубопроводной системы в экстремальных условиях
4.1. Математическая модель оценки измерения волны давле
ния при аварийной остановке насоса.
4.2. Вычислительный алгоритм расчета характеристик раз
личных режимов работы ЗОС .
4.3. Основные характеристики работы насосной установки на
турбинных режимах и режимах рассеяния энергии . .
4.4. Вычислительный алгоритм и комплекс программ расче
та динамических характеристик закрытой оросительной системы при аварийных ситуациях
4.5. Анализ расчетов режимов работы закрытой оросительной
системы в аварийных ситуациях
Выводы
Список литературы


Нестационарные гидромеханические процессы могут происходить без нарушения слошиости среды или с возникновением разрывов, при которых в жидкости образуются каверны (полости). Внешне кавитация может проявляться в виде отдельных пузырьков, возникающих в зоне пониженного давления и уносимых потоком (пузырьковая перемешивающаяся кавитация), так и в виде сплошных, заполненных парами каверн, присоединенных к поверхности обтекаемых тел. Если давление вблизи пузырьков снова поднимается и становится выше давления парообразования, то пузырьки с шумом "охлопываются", что приводит к эрозии и износу соседних с ним твердых поверхностей. Если же давление остается пониженным, то пузырьки сливаются, что может привести к образованию около обтекаемого тела одной каверны, имеющей размеры, сравнимые с размерами самого тела. Неустойчивость предохранительных клапанов в трубах может быть связана с кавитационным течением в них жидкости. Вследствие неустойчивой работы клапана появляются колебания жидкости в тру бо проводах, соединяющих клапан с другими устройствами, и в результате нестационарный гидромеханический процесс охватывает всю трубопроводную систему. Пример такого процесса — гидравлический удар, вызванный быстрым закрытием предохранительного клапана или задвижки. Если при образовании ударной волны у перекрытого сечения трубы давление упадет до давления насыщенных паров, то появится кавитационная каверна, которая после прихода волны повышенного давления захлопывается. При этом давление в гидроептеме может стать больше, чем при гидравлическом ударе, протекающем без нарушения сплошности потока. Одно из свойств жидкостей и газов состоит в уменьшении их объема с увеличением давления, что характеризует среду как сжимаемую. Сжимаемость среды проявляется различно: в одних случаях она существенно влияет на вид процесса и значения переменных величин, в других же случаях, это влияние настолько незначительно, что среду допустимо считать несжимаемой. Например, колебания какого-либо элемента устройства (затвора, клапана) могут быть вызваны сжимаемостью среды, которая находится в трубопроводной системе. Однако, если элемент закреплен на пружине малой жидкости, то сжимаемость среды не будет практически влиять на условия возникновения п параметры колебания элемента. Если при истечении жидкости через дроссельное устройство возникает кавитация, то образуется режим, при котором изменение давления после устройства не отражается на значении расхода жидкости. Нестационарные гидромеханические и тепловые процессы всегда протекают совместно. При рассмотрении некоторых процессов необходимо также учитывать нестационарный теплообмен с окружающей средой. В наиболее общем виде математическая модель нестационарного движения вязкой сжимаемой теплопроводной среды представляет совокупность 3-х уравнений: неразрывности, сжимаемости и движения. Физическими величинами, характеризующими этот процесс являются давление, скорость движения среды, плотность среды, температура и вязкость, а также величины, определяющие состояние границ среды — их перемещения, скорости, температуры. При конкретных нестационарных гидромеханических процессах, возникающих в результате взаимодействия жидкостей с какими-либо элементами систем трубопровода, некоторые из перечисленных физических величии могут быть переменными или могут изменяться значительно меньше других, не оказывая своим изменением существенного влияния на данный процесс. Тогда эти величины принимаются постоянными. Такой подход к изучению нестационарных процессов позволяет выделить основные факторы, определяющие рассматриваемый гидромеханический процесс, а также упростить его математическое описание. Как правило, в технических расчетах неустановившееся движение в трубопроводных системах, с целью упрощения решения задачи, считают одномерным, то есть зависящим только лишь от одной пространственной координат! I х, отсчитываемой вдоль оси трубопровода. Неустановившееся движение жидкости в трубах считается известным в точке х, если скорость ш, давление р, плотность р и температуру Т можно выразить как функции пространственной координаты х и времени ?