[发明专利]一体化交互式管路瞬变流动演示系统及方法

权利要求书

1.一体化交互式管路瞬变流动演示系统，其特征在于，包括支持台(5)，所述支持台(5)上放置有管道(3)，所述管道(3)一端安装于方箱(1)内，所述方箱(1)侧面设置有滑线变阻器(7)，所述管道(3)另一端安装有闸阀阀门(4)，所述闸阀阀门(4)上安装有多圈旋钮电位器(2)，所述管道(3)上设置有至少3个多圈旋钮电位器(2)，所述滑线变阻器(7)和多圈旋钮电位器(2)均连接有PC端(6)。

2.如权利要求1所述的一体化交互式管路瞬变流动演示系统，其特征在于，所述方箱(1)为亚克力方箱。

3.一体化交互式管路瞬变流动演示方法，其特征在于，采用如权利要求2所述的一体化交互式管路瞬变流动演示系统，具体按照以下步骤实施：

步骤1、将管道划分为上游边界、非泄漏管道段、泄漏孔段和下游边界；

步骤2、根据特征线法划分管道的计算节点和时间步长，建立特征线计算网格；

步骤3、通过Brunone非恒定摩阻模型建立非恒定摩阻的特征线方程组，将所述特征线计算网格沿C⁺、C^-特征线进行积分得到特征线方程；

步骤4、实时读取管道泄漏点的位置、大小，阀门的开度和水库水位；采用所述特征线方程对上游边界、非泄漏管道段、泄漏孔段和下游边界进行稳态过程模拟，得到管道各节点的水头、流量稳态数据，通过泄漏孔边界方程对管道各节点的水头、流量稳态数据进行处理；

步骤5、实时读取管道泄漏点的位置、大小，阀门的开度和水库水位；采用所述特征线方程对上游边界、非泄漏管道段、泄漏孔段和下游边界进行瞬态过程模拟，得到管道各节点的水头、流量瞬态数据，完成对整个管道瞬变过程的模拟。

4.如权利要求3所述的一体化交互式管路瞬变流动演示方法，其特征在于，所述非恒定摩阻的特征线方程组具体为：

式(1)中，H为水头，D为管径，A为长管道截面面积，a为位变加速度，Q为流量，g为重力加速度，k为Brunone系数，f为摩擦系数。

5.如权利要求3所述的一体化交互式管路瞬变流动演示方法，其特征在于，特征线方程具体为：

式(2)中，C₀＝1+k，Q|Q|＝Q_P|Q|，A₁、A₂分别为上一时刻前一节点与压力、流量相关的参数，D₁、D₂分别为上一时刻后一节点与压力、流量相关的参数，为j时刻i截面的流量，为j时刻i截面的水头。

6.如权利要求3所述的一体化交互式管路瞬变流动演示方法，其特征在于，管道的泄漏点为末端阀门时，阀门处流量具体为：

式(3)中，Q_R、H_R分别为定常流动时阀门全开状态的流量和水头，τ为阀门的相对开度。

7.如权利要求6所述的一体化交互式管路瞬变流动演示方法，其特征在于，阀门处压力具体为：

H_PN＝D₁+D₂Q_P (4)，

式(4)中，Q_P为j时刻i截面的流量。