有限元法在管道水击计算中的应用探索

管道水击基本方程属于一阶双曲型偏微分方程,虽然目前水击主要采用特征线法进行计算,但有限元法也可以求解双曲型方程,据此尝试采用伽辽金加权余量法对管道水击进行有限元数值计算。根据管道水击的基本微分方程组,选取适当的速度、压力插值函数,建立管道水击的有限元模型,并通过实例分析,和特征线法相比较,证实有限元法在管道水击计算中是有应用前景的,有必要作进一步深入研究。     

旋启止回阀水击分析与计算

在管道输送系统中，止回阀是重要的阀门之一，其中，旋启止回阀最为常用。众所周知，由于泵机组故障停机或断电，止回阀的突然关闭可能会引起严重的水击。正确分析、预估和计算其关阀水击压力升值对管道系统的安全十分重要。首先。建立了旋启止回阀阀瓣的运动微分方程，根据管流瞬变理论，利用特征线法进行了数值求解；其次，利用旋启止回阀的动态特性曲线，提出了一种简单适用的关阀水击压力近似计算法。对止回阀的正确选择和工程设计均具有一定的参考价值。     

槽头式野战管线水击波速测量研究

液体管道的水击波速受流体压力、温度、分子结构、含气量及管线几何尺寸、管材等因素的影响,准确地确定管线的水击波速是一个相当困难的问题,通过实验测量水击波速是一个常用方法。管线水击波速的常用测量方法有波前法和周期法。综合运用波前法和周期法,设计了实验测量野战管线的水击波速,并将实验结果与笔者先前提出的水击波速计算公式的计算结果作了对比,验证了公式的有效性。     

自力式液位自动控制阀水击仿真研究

为了满足我军油料自动灌装需要，研制了液位自动控制阀。通过对该阀进行水击仿真，对影响水击压强大小的主要因素及如何控制水击危害进行了研究。研究揭示流体的初速变化、阀门关闭曲线指数和关阀时第三段阀门的关闭时间对阀门的水击影响最大，其为阀门的优化设计主要考虑因素。     

管道热边界层理论的研究

研究了高粘性液体管道流动的热边界层理论。利用圆柱坐标粘性流运动基本微分方程,提出了管道热边界层方程,推导出边界层中的温度分布以及层流和紊流时热边界层厚度的常微分方程和解析解计算表达式,并通过Matlab编程实例,给出了热边界层厚度解析解与数值解的比较。计算结果表明:1)粘性的影响将使得热边界层的发展加快,随着粘性和流量的增大,其影响将更加显著;2)紊流时热边界层的发展比层流时要慢。     

槽头式野战管线水击波速计算方法研究

按照弹性水击理论,管线内发生水力瞬变时,其水击波速取决于管子的弹性、流体的可压缩性和管子受约束的情况。对于给定的输送介质,焊接式固定输油管线的水击波速是一个常数。而槽头式野战管线采用连接器连接,胶圈密封,这种特殊的连接方式改变了管子整体的弹性摸量,从而使水击波速的常规计算方法不再适用。本文研究了野战管线连接器连接方式时水击波速的影响,实验研究了在受到约束时,橡胶的弹性模量随所受压力的变化而变化的规律,推导出野战管线水击波速平均计算方法,推导的公式表明:与焊接式固定管线不同,野战管线的水击波速随管线内压力的增大而增大。     

水击压力造成管线振动的实验研究

对地面裸管铺设、用普通连接器连接的DN100机动管线进行实验研究,探讨机动管线在不同水击压力作用下,管线系统的振动情况.实验表明,水击值的大小与关阀的速度和关闭的程度有关,压力较高且阀门关闭较快时,管线中水击效应明显,管线轴向振动中受迫振动占主导地位,自由振动部分占次要地位.压力上升值不同,悬空段振动情况亦不相同,而位移、速度、加速度的变化趋势相同.液体压力变化导致管线发生轴向运动,连接处的折转角发生变化,管线作轴向自由振动,同时作与液体纵波频率相等的强迫振动.连接耦合的影响与刚性连接管线相比更为突出.     

管道瞬态激振响应管长的计算

在水击压力波沿管道传播的过程中，遇到内部流场边界时，就会对管道产生激振响应，从而引起管道的振动。针对管道的激振响应，分别从水击波的简化模型和考虑管道和流体相互作用的固液耦合模型，推导了管道瞬态激振响应中的激振部件间隔管长计算公式，分析比较了简化模型和耦合模型的不同，并且提出一些防止共振的方法。     

圆锥薄壳热应力分析的分布参数传递函数方法

为分析圆锥壳的热应力问题,建立了圆锥壳热弹性问题的基本微分方程,运用分布参数传递函数方法求解了受温度场作用圆锥壳的位移与热应力.计算结果表明,解析解与有限元解吻合良好.该方法可以对不同边界条件下圆锥壳的热变形和热应力问题进行分析,还可以推广到旋转壳母线形状为曲线的情况.     

收缩管道装置层流热边界层理论及应用研究

研究了收缩管道装置层流热边界层理论及其应用。对于速度边界层提出了相似性解的解析结果,给出了速度分布、边界层厚度、摩擦阻力和水头损失的解析计算表达式。对于温度边界层利用管道热边界层方程,推出了温度分布、温度边界层厚度和热流量的计算关系式,并给出了设计应用实例。     

空间推进系统工作过程的模块化建模

建立空间推进系统仿真模块(包括液体管道模块、三通模块、充填模块、推力室模块等)的数学模型.虽然采用的是集中参数方法,但同时考虑了液体的惯性、粘性和压缩性,所以本文建立的常微分方程组能在一定程度上反映供应系统工作过程的分布特性.     

各向异性稳态渗流复级数解析分析法

提出一种求解二阶线性椭圆形偏微分方程过值问题的新型复级数展开法,并用于求解二维各向异性稳态渗流问题,首先得到了各向异性稳态渗流矩形域、圆形域一般解析解,而且给出数值算例。     

正交异性矩形板结构弯曲问题的解析解法

板结构为由若干板组成的结构。用解析法求解正交异性板结构的弯曲问题,必须建立一个正交异性矩形板弯曲的横向位移函数为变量的偏微分方程的一般解。这种解能求解任意边界和任意载荷的弯曲问题。对于结构中的每块板,有些边为单独的,可由边界条件来计算,而有些边与其它板边相连接,由连续性条件来计算。由这些条件组成的方程式可以求解一般解中的全部积分常数。以顶边简支底边固定承受静水压力的板结构水池为例,进行了分析计算。     

论微分方程中的两个不等式

对于具有无限时滞中立型泛函微分方程,以空间为相空间,讨论了方程解的性质,得到了关于解的两个重要不等式。     

线-面传输线Taylor与Agrawal模型解的比较

基于Maxwell方程推导描述外电磁场对导线的耦合传输线模型有Taylor,Agrawal和Rachidi三种模型,每个耦合公式给出相同的传输线响应,但是它们之间又有细微的差别,Nucci和Rachidi通过数值方法验证在圆柱形雷电电磁场激励下这三种线-面传输线模型在负载终端具有相同的全电压解。本文采用解析的方法对线-面传输线Taylor模型和Agrawal模型进行研究,获得了这两个模型基于平面电磁波激励下的终端负载响应的解析解,证明了它们的解析解是相同的。也就是说,线-面传输线Taylor模型和Agrawal模型其实是对同一个解的不同描述。因此,在实际应用时,可以根据具体情况来选择不同的传输线模型进行求解。