考虑非恒定摩阻和空化的水击数值模拟

摘要

目前水利工程中常用的水击数值模型往往忽略负压引起的空化的影响，所用摩阻模型大多仍为恒定摩阻模型，即达西-魏斯巴赫公式，这导致模拟结果低估了水击的破坏能力。本研究综合考虑4种非恒定摩阻模型和离散蒸汽空化模型、离散气体空化模型2种空化模型，采用特征线法建立了有压管道水击数值模型，通过与已有实验结果对比验证了所建立模型的模拟精度，进一步分析了模型主要参数对计算结果的影响。结果表明：离散气体空化模型能够准确预测空化及其引起的弥合水锤现象，也可以准确预测由于空化产生的压力波相位滞后现象；离散蒸汽空化模型对于严重的空化以及引起的弥合水锤现象预测精度低，对空化引起的压力波相位滞后预测精度不足；3种非恒定摩阻模型，ZIELKE模型、VARDY&BROWN模型和ZARZYCKI模型，在本研究测试的所有水流条件下均具有较高的精度，而BRUNONE非恒定摩阻模型对压力波波形的预测精度不足；当发生空化和弥合水锤现象时，非恒定摩阻对空化发生后压力波变化影响较小，4种非恒定摩阻模型均可用于有空化的水击模拟。

关键词

水击 / 空化 / 非恒定摩阻 / 数值模拟

基金资助

国家自然科学基金资助项目(No.52079107); 陕西省自然科学基础研究计划资助项目(No.2022JC-LHJJ-10)