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Optimal transient growth in turbulent pipe flow
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作者 Yang SONG Chunxiao XU +1 位作者 Weixi HUANG Guixiang CUI 《Applied Mathematics and Mechanics(English Edition)》 SCIE EI CSCD 2015年第8期1057-1072,共16页
The optimal transient growth process of perturbations driven by the pressure gradient is studied in a turbulent pipe flow. A new computational method is proposed, based on the projection operators which project the go... The optimal transient growth process of perturbations driven by the pressure gradient is studied in a turbulent pipe flow. A new computational method is proposed, based on the projection operators which project the governing equations onto the sub- space spanned by the radial vorticity and radial velocity. The method is validated by comparing with the previous studies. Two peaks of the maximum transient growth am- plification curve are found at different Reynolds numbers ranging from 20 000 to 250 000. The optimal flow structures are obtained and compared with the experiments and DNS results. The location of the outer peak is at the azimuthal wave number n = 1, while the location of the inner peak is varying with the Reynolds number. It is observed that the velocity streaks in the buffer layer with a spacing of 100δv are the most amplified flow structures. Finally, we consider the optimal transient growth time and its dependence on the azimuthal wave length. It shows a self-similar behavior for perturbations of different scales in the optimal transient growth process. 展开更多
关键词 turbulent pipe flow optimal transient growth coherent structure
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复杂管道瞬变流的二阶GTS-MOC耦合求解方法 被引量:1
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作者 陶智国 周领 +2 位作者 邱海云 李赟杰 易昌宇 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1488-1496,共9页
经典的特征线法(method of characteristics,MOC)因其简单方便,边界条件易于耦合求解,常应用于有压管道瞬变流方程的数值求解.对于复杂管道系统,受库朗数限制,该方法往往需要进行波速调整或插值求解,可能出现严重的累积误差和数值耗散.... 经典的特征线法(method of characteristics,MOC)因其简单方便,边界条件易于耦合求解,常应用于有压管道瞬变流方程的数值求解.对于复杂管道系统,受库朗数限制,该方法往往需要进行波速调整或插值求解,可能出现严重的累积误差和数值耗散.有限体积法Godunov格式(Godunov type scheme,GTS)对管道内部库朗数具有良好的鲁棒性,但边界条件采用精确黎曼不变量方法,处理复杂.同时,以往水锤计算通常仅考虑稳态摩阻,低估了瞬变压力的衰减.文章提出并推导了考虑动态摩阻的GTS-MOC耦合模型,使用二阶GTS计算管道内部控制体,在复杂边界处采用耦合GTS-MOC方法处理.首先,针对串联管和分叉管边界条件,对精确黎曼不变量方法和MOC方法进行了理论分析.推导结果表明,在马赫数(Ma)较小的管道瞬变流求解中,两种边界处理方法结果一致,与实验结果对比分析,验证了耦合格式求解的准确性.最后,将耦合格式分别与GTS和MOC进行比较.结果证明,耦合格式可以达到和GTS相同的精度,同时,串联管道系统中MOC线性插值法和波速调整法均存在数值耗散且随时间增加更明显,耦合格式结果具有准确性和稳定性,与精确解更吻合. 展开更多
关键词 GODUNOV 特征线法 管道瞬变流 动态摩阻
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低温推进剂贮箱增压系统分布参数数值仿真(Ⅰ)贮箱的有限体积模型 被引量:6
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作者 陈阳 高芳 +1 位作者 张振鹏 杨思锋 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第2期323-328,共6页
从准一维可压缩瞬变管流的有限体积模型出发,通过数值拓展和集成建立了一种考虑流体与箱壁传热的低温推进剂贮箱分布参数模型.流场采用一维交错网格的有限体积模型,可考虑变物性、轴向热传导、重力场、壁面传热影响;壁面温度场采用圆柱... 从准一维可压缩瞬变管流的有限体积模型出发,通过数值拓展和集成建立了一种考虑流体与箱壁传热的低温推进剂贮箱分布参数模型.流场采用一维交错网格的有限体积模型,可考虑变物性、轴向热传导、重力场、壁面传热影响;壁面温度场采用圆柱坐标系下的轴对称二维有限体积模型,可处理对流换热和辐射换热两种边界情况,可处理具有包覆层或真空夹层结构的变物性管壁传热.模型全面考虑了贮箱内的分布参数效应,适用于贮箱增压计算领域. 展开更多
关键词 航空、 航天推进系统 低温推进剂贮箱 准一维瞬变管流 二维瞬变传热 有限体积方法 数值仿真
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准一维可压缩瞬变管流的有限体积模型(Ⅱ)管壁温度场的有限体积模型 被引量:4
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作者 陈阳 高芳 +2 位作者 张振鹏 王海兴 蔡国飙 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第2期317-322,共6页
在流场模型的基础上,通过对圆柱坐标系下轴对称管道壁面划分的二维有限体积网格,建立了一种计算管壁瞬变传热的有限体积模型,可处理对流换热和辐射换热两种边界情况,可处理具有包覆层或真空夹层结构的变物性管壁传热.温度场模型是流场... 在流场模型的基础上,通过对圆柱坐标系下轴对称管道壁面划分的二维有限体积网格,建立了一种计算管壁瞬变传热的有限体积模型,可处理对流换热和辐射换热两种边界情况,可处理具有包覆层或真空夹层结构的变物性管壁传热.温度场模型是流场建模思想的自然延伸,对二者的组合运用即为所发展的可仿真准一维可压缩流管内瞬变流动的有限体积模型,一方面,在流场仿真的体系内发展了传热计算的部分并最终扩展成为统一的流动/传热仿真体系,另一方面,结合阀芯节流模型,从此模型出发可推导出管路系统常见元件的流场和温度场模型.对某发动机试验台液氧贮箱增压系统的建模与仿真表明,提出的模型体系具有很好的适用范围和良好的仿真精度. 展开更多
关键词 航空 、航天推进系统 一维可压缩流 瞬变管流 管壁传热 有限体积法 系统动态仿真
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非恒定摩阻对管道水力过渡过程的影响 被引量:5
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作者 李进平 杨建东 《武汉大学学报(工学版)》 CAS CSCD 北大核心 2002年第2期13-17,共5页
以引入了非恒定摩阻项的圆柱环数学模型为基础 ,从横向微观的流速分布和切应力分布角度 ,分别对管道中的瞬变层流和瞬变湍流进行了拟二维数值分析 ,明确了非恒定摩阻项对流动瞬变过程的影响 .说明非恒定摩阻的存在导致了水击压力波波幅... 以引入了非恒定摩阻项的圆柱环数学模型为基础 ,从横向微观的流速分布和切应力分布角度 ,分别对管道中的瞬变层流和瞬变湍流进行了拟二维数值分析 ,明确了非恒定摩阻项对流动瞬变过程的影响 .说明非恒定摩阻的存在导致了水击压力波波幅衰减和波形畸变现象 ,而采用恒定状态下的摩阻关系式无法反映这个现象 .非恒定摩阻项对层流的影响很大 ,对湍流的影响相对较小 . 展开更多
关键词 特征线法 管道 非恒定流 摩阻 湍流模型 圆柱环模型
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水流冲击管道内滞留气团的刚性数学模型 被引量:12
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作者 刘德有 索丽生 《水科学进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第6期717-722,共6页
通过数学分析证明,在不计局部水头损失时,目前常用的几种简化刚性数学模型的最大气压计算结果相等,并与管道内初始充水段长度无关。但算例表明,对于初始充水段较短或滞留气团体积很小情况,这些简化模型的计算误差将达到不容忽视的程度,... 通过数学分析证明,在不计局部水头损失时,目前常用的几种简化刚性数学模型的最大气压计算结果相等,并与管道内初始充水段长度无关。但算例表明,对于初始充水段较短或滞留气团体积很小情况,这些简化模型的计算误差将达到不容忽视的程度,甚至导出错误结论。笔者导出的完整刚性数学模型,弥补了简化模型的不足,同时指出了刚性模型的理论缺陷和适用条件。 展开更多
关键词 管道 瞬变流 滞留气团 水锤 刚性模型
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射流管伺服阀前置级的动态流场分析 被引量:20
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作者 陈佳 袁朝辉 +1 位作者 郭强 褚渊博 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第7期1731-1737,共7页
射流管电液伺服阀的喷嘴到接收孔间的流场较为复杂,尤其在射流管偏转及阀芯运动的动态情况下,会存在回流、漩涡等现象。以某型射流管电液伺服阀结构为模型,结合射流管偏转时的阀芯力平衡关系,得到阀芯的运动方程,应用雷诺平均方程和标... 射流管电液伺服阀的喷嘴到接收孔间的流场较为复杂,尤其在射流管偏转及阀芯运动的动态情况下,会存在回流、漩涡等现象。以某型射流管电液伺服阀结构为模型,结合射流管偏转时的阀芯力平衡关系,得到阀芯的运动方程,应用雷诺平均方程和标准两方程模式的封闭方程,通过流体动力学软件FLUENT建立射流管伺服阀喷嘴到阀芯两腔的三维可视化模型,仿真分析了喷嘴到接收孔的前置级瞬态流场及阶跃响应。仿真结果表明:接收孔中的涡量强度会影响射流管电液伺服阀的阶跃响应,涡量强度越大、振荡越大、阶跃响应越慢,并通过试验测试阀芯位移验证了数值计算的正确性,同时对比了不同接收孔间夹角的同时刻涡量及阶跃响应,得到接收孔间夹角为45°的最优设计。研究方法和结果对于提高射流管电液伺服阀的动态响应有重要参考价值。 展开更多
关键词 流体动力学 射流管伺服阀 瞬态流场 涡量 动态响应
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输水管线启动填充过程含滞留气团瞬变流数值模拟 被引量:4
8
作者 周领 刘静 +1 位作者 黄坤 刘德有 《水利水电科技进展》 CSCD 北大核心 2021年第5期1-7,共7页
针对长距离输水管道系统启动填充过程中水流冲击滞留气团的水气耦合瞬变流现象,考虑水体弹性、气体可压缩性、水-气交界面的动态运动以及多气团间的相互作用,推导建立含多段滞留气团的输水管线启动填充过程的数学模型。提出采用局部插... 针对长距离输水管道系统启动填充过程中水流冲击滞留气团的水气耦合瞬变流现象,考虑水体弹性、气体可压缩性、水-气交界面的动态运动以及多气团间的相互作用,推导建立含多段滞留气团的输水管线启动填充过程的数学模型。提出采用局部插值法动态追踪水气交界面,采用特征线法对数学模型进行求解。计算结果与试验结果的对比验证了该模型能够准确地模拟多段滞留气团的瞬变压力。算例分析表明,对于含1段滞留气团情况,随着气团长度增大,气团最大压力先增大后减小;随着阻断水体长度增大,气团最大压力逐渐增大。对于含2段滞留气团的情况,随着气团间阻断水体长度的增大,系统最大压力交替出现于上、下游气团。 展开更多
关键词 输水管道 瞬变流 填充过程 滞留气团 水气耦合 数值模拟
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管内水流冲击滞留气团的CFD模拟方法验证 被引量:11
9
作者 马佳杰 周领 +2 位作者 刘德有 王欢 潘天文 《水电能源科学》 北大核心 2016年第12期110-113,共4页
在输/排水管道的快速填充过程中常会出现含滞留气团的复杂气—水两相瞬变流,极有可能引发异常的压力波动,从而导致严重的水力过载甚至爆管事故。目前,对于这种特殊瞬变流现象的研究基本采用一维方法或观测视角,无法准确反映气团的动态... 在输/排水管道的快速填充过程中常会出现含滞留气团的复杂气—水两相瞬变流,极有可能引发异常的压力波动,从而导致严重的水力过载甚至爆管事故。目前,对于这种特殊瞬变流现象的研究基本采用一维方法或观测视角,无法准确反映气团的动态特性。为此,基于计算流体力学(CFD)模拟方法,采用5种湍流模型对该瞬变流问题进行了二维(2D)数值模拟,并将其瞬态压力、水气耦合分布模拟与试验结果进行比较。结果表明,CFD模拟方法能有效模拟水气分布及压力动态变化;标准κ-ε和标准κ-ω模型计算的最大压力误差较小,RNG模型的压力波动周期吻合度最好,两种κ-ω模型的气团模拟效果欠佳。 展开更多
关键词 有压管道 滞留气团 瞬变流 数值模拟 湍流模型
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黏弹性输水管道中含气瞬变流压力衰减分析 被引量:6
10
作者 朱炎 吴晨光 +1 位作者 袁一星 石振锋 《水利学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第3期303-312,共10页
基于瞬变流理论对管道漏失、堵塞等进行检测是国内外管道故障辨识的热点和前沿,但在黏弹性输水管道中由于空气的存在将影响该技术的推广应用,因此有必要对黏弹性管道中的含气瞬变流及其压力衰减畸变过程进行分析。本文首先通过装置实验... 基于瞬变流理论对管道漏失、堵塞等进行检测是国内外管道故障辨识的热点和前沿,但在黏弹性输水管道中由于空气的存在将影响该技术的推广应用,因此有必要对黏弹性管道中的含气瞬变流及其压力衰减畸变过程进行分析。本文首先通过装置实验验证了用含气率(α)修正波速的一维瞬变流模型的有效性,其次基于模型通过能量和傅里叶分析研究管壁摩擦和黏弹性对含气瞬变流压力衰减的影响,最后针对应用背景提出模型参数校核的建议。研究表明:当α≤2.37%时,由管壁摩擦引起的压力衰减速率随着α和管径壁厚比的增加而增大,而由黏弹性效应引起的压力衰减速率则相反,但两者都会随着管长的增加而变小;在对模型进行参数校核时,建议当1%≤α≤2.37%时,不必对黏弹性参数进行校核。 展开更多
关键词 含气瞬变流模型 压力衰减 管壁摩擦 黏弹性效应 参数校核
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多节点环网系统的瞬变过程模拟 被引量:4
11
作者 孙为民 邢晓凯 《管道技术与设备》 CAS 2003年第4期3-4,28,共3页
在管网系统的运行操作中,阀门误关闭、管道堵塞、停泵等都会导致流体的瞬变流动,由此产生的水击压力波可能导致管段的强度破坏。环网的瞬交流动计算问题较为复杂,需要求解高阶非线性方程组,对于复杂的网状结构,系统的自动识别或标记相... 在管网系统的运行操作中,阀门误关闭、管道堵塞、停泵等都会导致流体的瞬变流动,由此产生的水击压力波可能导致管段的强度破坏。环网的瞬交流动计算问题较为复杂,需要求解高阶非线性方程组,对于复杂的网状结构,系统的自动识别或标记相当麻烦。通过对环网系统水击问题的分析研究,提出了求解任意液体环网问题的计算方法和相应的计算程序。 展开更多
关键词 管网 瞬变流动 数学模型 分析 计算 水击问题 任意液体环网
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城市排水管网混合流数值模拟研究进展 被引量:4
12
作者 喻海军 范玉燕 +1 位作者 穆杰 吴滨滨 《水电能源科学》 北大核心 2020年第4期95-99,180,共6页
全球气候变化背景下,城市洪涝灾害事件频发,城市雨洪模型将扮演愈发重要的角色。精细化的城市雨洪模型离不开对排水管网水流的准确模拟。混合流在排水管网系统中普遍存在,研究其机理和精确模拟技术对城市排水模型和雨洪模拟精度的提升... 全球气候变化背景下,城市洪涝灾害事件频发,城市雨洪模型将扮演愈发重要的角色。精细化的城市雨洪模型离不开对排水管网水流的准确模拟。混合流在排水管网系统中普遍存在,研究其机理和精确模拟技术对城市排水模型和雨洪模拟精度的提升意义重大。因此,从混合流数值模拟方法、混合流物理模型及城市排水管网模型等三个方面综合分析了国内外在混合流模拟和计算方面的研究进展,并分析了当前研究存在的不足,在此基础上对未来排水管网混合流方面的研究工作进行了展望。 展开更多
关键词 混合流 排水管网模型 有限体积法 城市内涝 Godunov格式
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道路综合管廊输水管道参数辨识研究 被引量:1
13
作者 孙强 张智霖 +1 位作者 伍悦滨 徐莹 《森林工程》 北大核心 2022年第6期130-136,共7页
城市道路综合管廊长距离输水管道系统中,瞬变流数值模拟对系统安全运行十分重要。近些年,高分子材料技术的迅猛发展,使得黏弹性管材如聚氯乙烯(PVC)管、聚乙烯(PE)管等在管廊输水管道系统中的应用愈来愈广泛。与弹性管道力学特性不同,... 城市道路综合管廊长距离输水管道系统中,瞬变流数值模拟对系统安全运行十分重要。近些年,高分子材料技术的迅猛发展,使得黏弹性管材如聚氯乙烯(PVC)管、聚乙烯(PE)管等在管廊输水管道系统中的应用愈来愈广泛。与弹性管道力学特性不同,黏弹性管道兼具弹性和黏性力学行为,这使得在数值模拟黏弹性管道水力瞬变过程中,本构参数的辨识尤为重要。因此,本文基于黏弹性管道瞬变流模型(采用Kelvin-Voigt模型结合一维拟稳态摩阻模型),建立城市道路综合管廊黏弹性管道参数辨识模型,利用序列二次规划(SQP)算法进行求解。结果表明,该辨识方法可以在不同温度下快速且准确辨识黏弹性管道本构参数,为城市道路综合管廊长距离输水管道参数辨识提供理论支持。 展开更多
关键词 综合管廊 黏弹性管道 瞬变流 参数辨识 本构参数 序列二次规划
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变特性长管道内水流冲击气团的刚性数学模型 被引量:20
14
作者 刘德有 索丽生 《水动力学研究与进展(A辑)》 CSCD 北大核心 2005年第1期44-49,共6页
导出了可模拟分析变特性长输水管道系统内有压水流冲击管道内滞留气团的瞬变流现象的实用刚性数学模型,并通过算例对比分析了该数学模型与现有针对单特性管道的几种简化刚性数学模型的差异,验证了该数学模型的有效性和合理性。
关键词 管道系统 变特性 水锤 瞬变流 滞留气团
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含气管流水力瞬变试验研究 被引量:2
15
作者 刘刚 蒲家宁 李旭东 《油气储运》 CAS 北大核心 2004年第4期25-28,共4页
少量气体的存在对管流瞬变过渡过程的影响不容忽视。对不同初始含气率下含气管流的瞬变过程进行了试验研究 ,研究表明 ,初始含气率对瞬变有较大的影响 ,初始空隙比α0 越小 ,压力响应越剧烈 ;α0 增大时压力响应趋于滞后 ,峰值降低 ,压... 少量气体的存在对管流瞬变过渡过程的影响不容忽视。对不同初始含气率下含气管流的瞬变过程进行了试验研究 ,研究表明 ,初始含气率对瞬变有较大的影响 ,初始空隙比α0 越小 ,压力响应越剧烈 ;α0 增大时压力响应趋于滞后 ,峰值降低 ,压力波衰减得更快。在极低含气率 (α0 ≤ 0 .0 0 0 1)条件下 ,瞬变压力峰值随α0 变化不明显 ,可能出现压力峰值较初始空隙比 (α0 =0 ) 展开更多
关键词 含气率 瞬变压力 空隙比 压力波 绝对压力传感器 AP 液体流量传感器 LQ
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地源热泵地埋管换热器传热研究(3):变热流边界条件下单U形地埋管换热器的非稳态传热特性 被引量:10
16
作者 袁艳平 雷波 +1 位作者 曹晓玲 张丹 《暖通空调》 北大核心 2009年第12期10-15,共6页
采取数值计算与解析计算相结合的方法,研究变热流边界条件下单U形地埋管换热器的非稳态传热特性。以钻孔壁为边界,将计算区域分为两个部分,钻孔内区域采用稳态解析计算模型,钻孔外土壤区域采用有限容积法。研究了埋管出口流体温度、钻... 采取数值计算与解析计算相结合的方法,研究变热流边界条件下单U形地埋管换热器的非稳态传热特性。以钻孔壁为边界,将计算区域分为两个部分,钻孔内区域采用稳态解析计算模型,钻孔外土壤区域采用有限容积法。研究了埋管出口流体温度、钻孔瞬时平均壁温、单位长度吸热量以及距钻孔一定距离处土壤温度分布随运行时间的变化规律。计算结果为地源热泵系统的动态模拟、优化设计及改进提供了参考。 展开更多
关键词 地源热泵 U形埋管 变热流边界 非稳态传热 解析计算 数值计算
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管道内瞬变流动的非线性分析 被引量:1
17
作者 陈金娥 《上海电力学院学报》 CAS 1995年第3期26-36,共11页
本文对管道内瞬变流动的非线性边界条件进行分析与讨论,得到了带有对流项的波动方程解,并且求得了水击波强度以及管端反射系数的计算公式。
关键词 管道 瞬变流动 非线性 水击波
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瞬变流速作用下姿控发动机燃料管路的非线性振动特性分析
18
作者 何志勇 张志峰 宋少伟 《火箭推进》 CAS 2021年第1期55-61,共7页
为研究瞬变流速激励下某型卫星姿控发动机燃料输送管路的非线性振动特性,采用加权余量法和四阶Runge—Kutta法对燃料输送管路的非线性液固耦合振动模型进行了数值仿真,研究不同燃料流速下、电磁阀开关时长对燃料管路非线性振动稳定性的... 为研究瞬变流速激励下某型卫星姿控发动机燃料输送管路的非线性振动特性,采用加权余量法和四阶Runge—Kutta法对燃料输送管路的非线性液固耦合振动模型进行了数值仿真,研究不同燃料流速下、电磁阀开关时长对燃料管路非线性振动稳定性的影响。仿真结果表明,依据管路特征线可将管路振动分为稳定振动区和不稳定振动区,且不稳定振动主要表现为发散失稳和扩张失稳。当电磁阀开关时长处于失稳区时,电磁阀门开启时长引起的燃料管路不稳定振动为多频率、变幅值的动态扩张失稳,且燃油流速增大是影响管路振动扩张断裂的主要因素;电磁阀门关闭时长引起的燃料管路不稳定振动为单频、变幅值扩张失稳。 展开更多
关键词 卫星姿控发动机 瞬变流速 燃料输送管路 非线性振动
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有压输水管道系统气液两相瞬变流研究综述 被引量:19
19
作者 郑源 刘德有 +1 位作者 张健 索丽生 《河海大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2002年第6期21-25,共5页
综述一个多世纪以来,有压输水管道系统中有关气体释放、空穴流及液柱分离、计算分析方法、水锤防护及实验研究等方面的主要研究进展,并提出还需对气液两相瞬变流基本理论、空气进排气阀的特性、截留气团的动态特性和动力特性、实际工程... 综述一个多世纪以来,有压输水管道系统中有关气体释放、空穴流及液柱分离、计算分析方法、水锤防护及实验研究等方面的主要研究进展,并提出还需对气液两相瞬变流基本理论、空气进排气阀的特性、截留气团的动态特性和动力特性、实际工程优化设计理论等诸多方面进一步研究. 展开更多
关键词 有压输水管道系统 液柱分离 气液两相瞬变流 水锤 综述
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圆锥形管道中的瞬变流分析(英文)
20
作者 陈明. 蒲家宁 陈明 《后勤工程学院学报》 2007年第3期33-37,共5页
根据非稳定流的一维流动理论,对圆锥形管道中的瞬变流动进行了分析,推导出了适用于圆锥形管道的连续性微分方程和运动微分方程,给出了这两个方程的有限差分解法,同时对计算结果进行了相对误差的对比分析。分析结果表明,采用该文的... 根据非稳定流的一维流动理论,对圆锥形管道中的瞬变流动进行了分析,推导出了适用于圆锥形管道的连续性微分方程和运动微分方程,给出了这两个方程的有限差分解法,同时对计算结果进行了相对误差的对比分析。分析结果表明,采用该文的方法来进行分析计算可以有效地减小误差。 展开更多
关键词 圆锥形管道 瞬变流 连续性微分方程 运动微分方程 相对误差
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