[发明专利]一种基于三维水锤CFD的阀门瞬态特性模拟方法

权利要求书

1.一种基于三维水锤CFD的阀门瞬态特性模拟方法，其特征在于，包括：

(1)构建包含球阀的管道的三维数学模型的控制方程；

(2)根据工况实例，创建包含球阀的管道的三维仿真模型；

(3)将所述三维仿真模型进行网格划分，并对边界层部分和球阀部分进行网格加密确定三维数学模型计算域；

(4)引入水体可压缩状态方程、水锤波速方程用于描述水体压缩性；

(5)引入球阀动态开关控制函数以供进行球阀动态关闭操作；

(6)根据工况实例确定初始条件和边界条件，求解所述三维数学模型的控制方程，监测球阀瞬态特性。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中构建的三维数学模型通过下述控制方程进行表示：

其中，ρ是水体密度，t是时间，是速度矢量，和分别是i、j方向流速矢量，p水体压力，是剪切力，是重力加速度，是体积力。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述三维仿真模型采用“第一水库-第一管道-球阀-第二管道-第二水库”的结构，其中球阀被切割为独立的单元。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述水体可压缩状态方程具体表示为：

所述水锤波速方程具体表示为：

其中，K_f为流体体积弹性模量，D为管道内径，E为管道体积弹性模量，e为管壁厚度。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述球阀动态开关控制函数具体表示为：

其中，ω为球阀角速度，t为时间，θ为球阀旋转角度，t₁为球阀关闭时间。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中，水体可压缩性采用引入可压缩源项的液体模型来描述，在求解连续性方程、动量方程和能量方程的基础上耦合湍流模型，使整个求解系统封闭。

7.根据权利要求6所述方法，其特征在于，所述湍流模型采用SST k-ω湍流模型。

8.根据权利要求1～7中任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述初始条件包括：辅助计算区域及全流道中流体状态、进出水口的压力；

所述边界条件包括：管道壁面状态、球阀动态关闭、第一水库和第二水库边界恒压。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质包括计算机指令，所述计算机指令被执行时可实现权利要求1～8中任一项所述的方法。