4种TVD格式对调压室水击波的数值模拟

【目的】分析比较4种不同构造形式TVD格式在捕捉水击波时耗散性和压制性数值性能的差异,为带调压室水电站压力管道水击波过程模拟提供参考。【方法】采用具有代表性的Harten TVD格式、Sweby TVD格式、TVD-MacCormark格式以及全离散TVD格式求解水击控制方程,结合给定的调压室系统水击模型边界条件,对某工程实例进行计算,并对数值模拟结果与试验数据进行分析。【结果】TVD格式可模拟调压室系统水击波的变化过程,最大水击压力与试验数据相对误差不超过1%,且间断处能够有效地捕捉激波振荡;对比4种格式计算结果,在水击波上升和振荡过程中,Harten TVD格式的计算结果与实测数据吻合最好。【结论】TVD格式计算精度较高,是模拟调压室水击现象行之有效的方法之一。     

数值解法模拟长输管道末端储气规律

采用了克兰克-尼科尔森(Crank-Nicolson)格式对天然气长输管道不稳定流动的数学模型进行了数值求解.考虑城市用气变化规律,对长输管道末端储气问题进行了研究,并通过实例对研究结果进行了分析.天然气在长输管道中的流动是不稳定流,因而不能按照天然气在低压、小流量、短距离输送工况下稳定流的方法进行分析、研究.     

长输管道严密性漏失检测新方法

运用连续性方程、动量方程和状态方程转化而成的非线性偏微分方程组描述了天然气长输管道的试压漏失流动情况。采用线性化方法,将非线性偏微分方程组简化成线性热传导方程。根据试压阶段气体运行的特点,建立了描述天然气长输管道试压阶段单点泄漏的线性偏微分方程模型。将漏失位置和漏失强度的辨识转化为关于微分方程边界条件反演的偏微分方程反问题,并根据严密性试压特点,给出了确定泄漏位置、泄漏强度系数与泄漏衰减系数的2个补充条件。采用Laplace积分变换导出了计算泄漏位置、泄漏强度系数和泄漏衰减系数的数学表达式。在此基础上应用"压缩映像原理"构造数值计算格式并编制了计算机程序。实际算例的计算值与实际情况吻合较好,可基本满足输配气管网试压阶段泄漏检测的需求。     

天然气管网管段阻抗系数优化反演研究

天然气管网在运行中,由于管道腐蚀、局部堵塞等原因,使管网的实际工艺参数与原始设计参数之间存在差别,增大了管网仿真和优化计算的误差.采用正反分析法建立了天然气管网管段阻抗系数优化反演的数学模型.该数学模型具有非线性、多峰值的特点,采用小生境遗传算法进行求解.实例计算表明,通过优化反演修正管网工艺参数,能大大提高管网仿真结果的精确性,使管网的优化调度和运行管理更加科学和合理.     

非结构网格二维理想MHD绕流逆风格式解法

在非结构网格上发展了针对二维理想磁流体方程组的逆风格式求解方法.控制方程中的对流项采用AUSM格式处理,时间推进采用显式5步龙格-库塔方法.为了消除计算中产生的磁场散度的影响,引入了双曲型散度清除方法.通过对磁流体激波管问题的求解验证了该方法对激波的捕捉能力,对有均匀磁场干扰下的喷管流动情况进行了数值模拟,并与文献中结果进行了对比.计算结果显示了磁场对磁流体流动的干扰效应,该结果与参考文献中的数值模拟结果相吻合.     

三维非结构混合网格高超声速流场并行计算

在非结构混合网格上对三维高超声速化学非平衡粘性绕流进行了基于PC-Cluster的分布式并行数值模拟.本采用区域分裂思想,研究了三维非结构混合网格区域自动分解技术,并以此为基础对高超声速化学非平衡绕流进行了并行数值计算.控制方程为多组分N-S方程,空间离散采用有限体积格心格式,时间推进为显式Runge-Kutta格式.化学非平衡动力学模型为七组元带电离反应模型,对化学反应源项进行了点隐式处理,温度场的计算采用牛顿迭代法.在PC-Cluster上对三维双椭球模型的高超声速绕流流场进行了基于区域分解技术的并行数值模拟,所得数值结果与参考献中的结果作了对比验证。     

电伴热埋地天然气管道的热力计算

为有效抑制天然气管道中水合物的形成,根据流体在多层圆筒壁圆管中流动的传热学理论,综合考虑大地温度变化、天然气物性参数等多方面因素的影响,给出电伴热埋地天然气管道热力计算的数值方法与计算公式,并应用于现场计算.在气井的井口温度一定的条件下,管道缠有电伴热带的出口温度明显升高,且温度升高的最小值为3.8℃,最大值达19.8℃,计算结果与现场实测结果的相对误差小于5％,表明所推导的温降计算公式和编制的计算软件完全能够满足油田生产的要求.     

基于带波动算子非线性Schrdinger方程数值分析的守恒差分算法

对一类带波动算子的非线性Schro。dinger方程进行了数值分析,提出了一个含参数的二阶守恒差分格式,根据参数选取的差异,该格式既可隐式计算也可显式计算。对初值条件进行了中心差分离散,使其具有二阶精度,从而与守恒格式的精度一致。利用矩阵理论证明了差分解的存在惟一性,并利用一个重要的不等式在先验估计的基础上,运用能量估计的方法证明了该格式按无穷范数以二阶精度收敛到真实解。数值实验表明该格式具有较高的计算效率。     

金属体积成形过程的无网格RPIM方法分析

建立了基于无网格径向点插值RPIM法的二维体积成形动态显式计算模型.采用具有Delta函数性质的RPIM形函数构造位移域，因此可以很方便地施加本质边界条件.基于防御节点法给出了二维接触碰撞问题的接触力计算方法，避免罚函数法罚因子选择问题，以及拉格朗日乘子法不适合显式算法的问题.采用完全拉格朗日格式和弹塑性本构关系解决金属体积成形过程所涉及的几何非线性和材料非线性问题，并通过将工件变形分解为偏量部分和体积部分，有效消除金属体积成形中的体积自锁现象.数值算例表明，该算法可方便准确处理大变形畸变问题，是模拟金属体积成形过程的一种有效方法.     

三维非稳态导热问题的高效稳定数值解法

为了克服传统显格式和ADI方法受稳定性条件限制的弊端及传统迭代法在求解隐格式时计算量大、收敛速度慢的缺陷,采用古典的Crank-Nicolson格式和多重网格法方法,对三维非稳态导热问题进行了高效稳定求解.得到了三维非稳态导热问题的数值解.利用数值实验结果验证了该方法的可靠性.