公民长江有压管道瞬变流摩阻的数值模仿李进平1李修树2（1.武汉水利电力大学水电系，湖北武汉430072 2.长江水利委员会设计院，湖北武汉430010）程的剖析程序，数值核算中引入了非安稳摩阻项。将这个模型用于非安稳层流核算，得到了比较合理的成果，能反映压力波形的畸变和近壁区的反向活动，证明了模型的可行性。

　　1概述任何一个水电站的水道体系，因为水轮发电机组运转工况的改动和负荷改变以及由其引起的水轮机调理，都将发作非安稳流的水力现象，即水力过渡进程，如有压管道非安稳流，明渠非安稳流，调压室的水位动摇以及明满流过渡等。从物理本质上看，有压管道非安稳流是因为管道中水流惯性的改变所引起的，伴跟着显着的压力升高和下降，并以弹性波的方式沿管线传达。这种非安稳水流现象也称为水锤或水击，它关于管线的安顿和管道的结构设计有着重要的影响。别的水轮机调理中，水击压力对水轮机出力的效果总是与调速器的效果相反。例如，为减小水轮机的出力，需求调速器关小导叶开度，削减机组的过流量。而过流量的削减发作的水击压力却引起出力的添加，然后恶化机组出力的调理条件，直接影响着机组和电站的调理品质。

　　可是，在工程实践剖析中，为了使核算简略，瞬变影响不是被疏忽就是在摩阻项中加以近拟，例如当时的水力过渡进程的核算程序和各种管道流体输送瞬变进程的剖析软件中的摩阻项都选用拟安稳流摩阻项，这在某些状况下不可避免地会发作很大的差错。在许多的水力体系和工程实践中，非安稳瞬变流现象是很常见的，无论是层流仍是紊流，当压力波沿管道传达到某一断面时，并非象经典的水锤理论幻想的那样使得断面上每一个空间点的流速均为零。所以即便此时的断面均匀流速为零，但因为径向流速梯度的存在，管壁的摩阻应力不为零，甚至在某些时分，其值远大于初始安稳流时的摩阻应力，这就是为什么以安稳流摩阻项作为近拟核算发作较大差错的原因。对非安稳流摩阻损失的处理恰当与否，直接影响到成果的正确与否，由此可见，不管在理论上仍是在工程实践中，对非安稳管流摩阻项的研宄具有很大的理论和实践意义。

　　本文在前人研宄作业的根底上建立了同心圆柱环模型，该模型描绘了考虑管壁切应力瞬时改变的非安稳流的拟二维剖析，猜测成果能够很好地反映瞬变流的实在物理现象，该剖析能用于点评非安稳摩阻项的重要性。一起，因它比真二维剖析需求更少的核算机内存，这种剖析办法将会十分有用。

　　2数学模型圆柱环模型的根底是将管道中的流体剖分为许多同心圆柱环，然后对离散单元建立一维的接连方程和动量方程，然后运用特征线法和有限差分法进行剖析。在初步的研宄中，本文运用了牛顿粘性描绘的摩擦力。

　　典型圆柱环的受力平衡描绘了单元长的典型圆柱环假定该圆柱环沿整个管长延伸，部分轴向流速重量为u，一般地，有从相邻圆柱环体流进和流出的横向流速V和V无妨令m=2nrfp，表明单位长度的横向质量流量，a是圆柱的横截面积，H为当地压力水头（假定在整个截面上为常数），c为压力波传达速度，P为流体密度，F=2nrr表明单位长度上的当地剪切力，则有压管道瞬变流的操控方程为：方程（1）和（2）经线性变换可构成一组特征线方程，描绘相的特征线法（除了剪切力的表达式不同之外）并且不考虑横向在前面的推导进程中对不同圆柱的尺度并没有约束，在只关于流体以士c的速度传达的动摇。

　　士c这些方程仅在各个特征线方向上是建立的。

　　以管道直径D为特征长度，安稳流均匀流速Um为特征速度，选取如下无量纲量x0u0为书写方便，省掉无量纲数的上标，然后得到常微分方程组的无量纲方式。

　　士2.定解条件和数值处理沿管线上的恣意点X每个圆柱环都有两个特征方程（7a，b）若有N个圆柱环，就有2N个联立线性特征线方程，也正好有2N个不知道数Hui，U2，UNm丨，m2，m，v-i，这些方程可转化为标准矩阵方程的求解办法解决。

　　边界条件：在水库进口处，压力值己知，假定一切的横向流量m，为零个特征线方程足以决议N个圆柱环中的每一个轴向流速重量，且不用解联立方程组；在封闭阀门端，一切的轴向流速重量均为零，因此N个特征线方程正好联立求解N个不知道固定网格：问题的解可在每个固定空间流体段上的固定时刻间隔内取得，如所示。

　　简略管的固定网格在剖析推导的初始阶段，为了简化核算，剖析仅限于低马赫数的流体，因为u，c方程（8a，b）可近似为dx/dt//Dd用惯例办法解决更遍及的状况在理论上是没有问题的，可用空间和时刻插值办法。

　　有限差分：方程（7a，b）左边各项能精确地进行积分。右边各项需用有限差分公式近似，以期得到简化。

　　2.圆柱区分流速重量。当存在若干个圆柱环时，依然能够自由的选择各个圆柱环的厚度。本文选用等面积圆柱环区分，这意味着随半径的增大，圆柱环的厚度逐步减小，即在边壁区的单元分的较细，这一点十分有利，因为径向扰动由润滑边壁条件引起，且耗散进程在低马赫数状况下比波的传达进程慢得多。下面是将圆管横截面的半径作为单位1即对无量纲圆所作的等截面面积圆柱环的区分状况。

　　除了要选择各种圆柱环的相对厚度以外，也有必要选择它们的总数，与沿管道长度方向的网格数一样，圆柱数量越多，其精确度越好。

　　2.有限差分方程以士dt=Ddx//乘方程（7a，b）在固定网格内，沿特征线积经过数值试验，得到以下安稳的有限差分方程：3模型的验证初始状况，假定从水库到阀门的整个管线上存在充分开展的泊萧叶（oiseuille）流这在管线两头，特别是上游端，是一个适当粗糙的简化，但在模仿管线的其它地方的影响能够疏忽，对所猜测的条件或景象影响甚小。在极短的时刻内封闭阀门后，管道中呈现瞬变流流体形式。初始状况条件对以后的轴向活动影响很大（除边壁区外），边壁区在均匀流速为零时有显着的反向活动，发作很大的管壁切应力。

　　是阀门处的猜测压力的改变进程。经过调查，猜测压力波形在波前处有显着的波形畸变，即波形变得圆滑，并且压力波的波幅有显着的衰减现象，反映了流体粘性和管壁切应力的阻力影响，与l12中的核算和试验丈量值完全共同。

　　描绘了管壁切应力的改变进程，阐明管壁切应力也是瞬变的，在相同均匀流速的条件下管壁切应力比安稳流状况的状况更为重长江、莱茵河洪水灾祸和土地运用抵触研讨会将在德国举办由德国研宄理事会（DFG）我国国家自然科学基金委员会（NSFC）德国马普学会（MPG）和我国科学院（CAS）联合赞助，德国吉森大学国际环境与开展研宄中心（ZEl/CIDER）德国吉森大学地舆研宄所（GG）和我国科学院南京地舆与湖泊研宄所主办的中德双方学术研讨会将于2000年8月28-31日在德国WalbeAerg（德国波恩邻近）会议中心举办，会后将对莱茵河流域调查一周。

　　研讨会的主题是：我国长江和德国莱茵河流域洪水灾祸和土地运用抵触一可继续流域风险办理对策。研讨会将约请从事长江和莱茵河流域科学研宄和办理的我国和德国学者各20名参加会议，并做专题学术报告。研讨会将专题研宄长江流域国际合作研宄的可能性。研讨会主页为Http//www.uni（姜彤）长江委水文专家赴藏监测水文2000年5月17日，由长江委水文局5名专家组成的水文科技抢险作业组，携带先进的测流仪器多普勒剖面测速仪，赴西藏易贡灾区辅导抢险。

　　4月9日，西藏雅鲁藏布江二级支流易贡藏布区域发作特大雪崩泥石流，致使易贡河阻塞，构成一个水面宽、水体深的滑坡堰塞湖。灾情发作后，西藏水文水资源勘测局在滑坡堰塞湖上下流设立了水文观测站网，分阶段打开水文监测作业。

　　因为运用惯例仪器难以精确迅速地供给滑坡段入流量，为此，西藏易贡抢险救灾总指挥部、水利部水文局研宄决议，派长江委水文局帮忙做好易贡灾区的水文测报作业。接到告诉后，长江委水文局两天内就调集了曾在三峡大江截流龙口现场测流的多普勒剖面测速仪和运用该仪器较娴熟的三峡水文局的技术专家，组成了水文科技抢险作业组。

　　水库移民工程研宄需习惯商场在2000年5月19-21日举行的湖北省水利学会水库移民工程专业委员会第4次学术评论会上，与会代表提出，水库移民工程研宄应习惯商场经济的要求，拓展研宄范畴，加强理论研宄。

　　会议总结了这些年来我国水库移民工程研宄的开展和工程实践，进行了学术沟通。会议沟通的学术论文涉及移民安顿环境容量、移民监理、文物保护、移民家庭文明、水库淹没消落地等多方面研宄内容，与以往比较，研宄的课题更广、更深。代表们针对现在移民作业的工程实践和理论研宄打开热烈评论，我们共同以为，跟着商场经济的开展，水库移民工程实践中不断遇到的新状况、新问题，要求这项研宄应自动习惯商场经济的要求，拓展研宄范畴，加强理论研宄，然后更好地辅导移民工程实践。

　　（修改：赵树湘）4定论本文的意图是研宄圆管非安稳流的摩阻特性。理论部分从牛顿定律动身，假定管流是轴对称的，将圆管区分为等截面的圆柱环，建立了圆管非安稳流的根本操控方程，这和纳维埃一司托克斯方程是共同的，只是在对流项的处理中略微有些不同。数值核算选用适合于水力瞬变流核算的特征线法，最终应用于高粘性流体的层流状况对模型进行了验证，阐明该模型的可行性。

　　有压管道非安稳流同心圆柱环模型中引入了非安稳流的摩阻项，能正确反映有压管道的水力过渡进程中的压力升高和下降，为管线的安顿和管道的结构设计供给更合理的根据。该模型还阐明拟安稳摩阻项在瞬变流中能够猜测最大压力升高值或降低值，但不能反映压力波的衰减和畸变。别的，该模型为改善瞬变紊流的摩阻项表达式供给了一个很有用的理论根底。