第4期 马飞等：给水管网非恒定流动数值计算方法 427。 计算给水管网非恒定流动，将提高计算的准确性，同 时提高计算效率. 200 150 100 参考文献 50 0 [I]Tao J K.Studies on dynamic hydraulic model of shanghai munici- -50 雷 -100 pal water distribu tion netw ork.China Water Wastewater,1999. -150 15(4):11 200 -250 (陶建科.建立上海市计算机给水管网动态水力模型研究.中国 给水排水，1999,15(4)：11) D A202 时间 Wylie E B.Fluid Transients in Systems.Engewood.Prentice B Hal.1993 3 Mohamed S G.Bryan W K.Duncan A M.Energy estim ates for 图10H=270m时LBE法计算各点压力值 discretization errors in w ater hammer problems.J Hydraul Eng, Fig 10 Node pressure when H=270m by LBE 1998124(4):384 [4 Sericola B.Transient analysis of stochastic fluid models.Perform 比较图9与图10，发现M0C法计算结果与 Eval.199832(4):245 LBE法计算结果相差较大.此时，MOC法计算结果 [5 Uspuras E.Kaliatka A.Dunduis G.Analysis of potential water hammer at Ignalina NPP using thermal-hydraulic and structumal 与水库水位为150m时压头变化趋势相同，并符合 analysis codes Nucl Eng Des.2001,203(1):1 流动变化趋势：而LBE法计算结果不稳定.当水库 [6 Cheng X Y.Computational F luid Dynamics:Numerical Solu- 水位为270m时，此时初始计算时Re=15654.这 tion of Partial Differential Eqation.Beijing:Science Press 与Hou等10利用256×256网格计算流体流动得出 2000 (程心一.计算流体动力学：偏微分方程的数值解法.北京：科 的Re从1.0到10000，压力与其他方法结果误差小 学出版社，2000) 于5%，当Re7500时LBE容易失稳的结论相符 I7 Fox JA.Hydrau lic Ana lysis for Unsteady Flow of Water Sup- 合.因此，在利用LBE计算管网非恒定流动过程 ply Pipeline.Beijing:Petrokum Industry Press 1996 中，应时刻根据计算结果计算不同时刻的Re. (福克斯」A.管网中不稳定流动的水力分析.陈祖泽译。北 京：石油工业出版社.1996) 5结论 8 QuS L Yuan Y X.Wu Y B.et al.Analysis on transient flow of long-distance water transmission pipelne.China Water Wasew- (1)提出了利用重分阻尼系数法进行时间步长 aler,2005.21(12):59 的特征线法(M0C),此方法在不改变管道固有水击 (曲世琳袁一星，伍悦滨，等.长距离输水管线非恒定流动分 特性的前提下，保证调整后管道与原管道水击波速 析.中国给水排水，2005,21(12)：59) 相同，并且严格满足伯努利水头损失方程. [9 QuS L.Zhao H B Wu Y B.Lattice Boltzmann equation for (2)引入摩阻附加项的玻尔兹曼网格法(LBE) transient flow of long-distance water supply pipeline.J Nanjing Univ Sci Technol,2004.28(6):663 求解简单，几何边界易处理，流场计算时不须网格转 (曲世琳赵洪滨，伍悦滨.玻尔兹曼网格方程在长输管道瞬 换因此很方便进行编程. 变流动中的应用.南京理工大学学报，2004,28(6)：663) (3)实例分析表明，Re≤7000时采用玻尔兹曼 [10 Hou S Zou Q.ChenS et al.Simulation of cavity flow by the 网格法(LBE),Re>7O00时采用特征线法(MOC) lattice Boltzmann method.J Comput Phys.1995.118(2):329图10 H =270 m 时 LBE 法计算各点压力值 Fig.10 Node pressure w hen H =270 m by LBE 比较图 9 与图 10 , 发现 M OC 法计算结果与 LBE 法计算结果相差较大.此时 ,MOC 法计算结果 与水库水位为 150 m 时压头变化趋势相同, 并符合 流动变化趋势;而 LBE 法计算结果不稳定.当水库 水位为 270 m 时, 此时初始计算时 Re =15 654 .这 与Hou 等 [ 10] 利用 256 ×256 网格计算流体流动得出 的 Re 从 1.0 到 10000 ,压力与其他方法结果误差小 于 5 %, 当 Re >7 500 时 LBE 容易失稳的结论相符 合.因此 , 在利用 LBE 计算管网非恒定流动过程 中,应时刻根据计算结果计算不同时刻的 Re . 5 结论 (1)提出了利用重分阻尼系数法进行时间步长 的特征线法(MOC),此方法在不改变管道固有水击 特性的前提下, 保证调整后管道与原管道水击波速 相同 ,并且严格满足伯努利水头损失方程. (2)引入摩阻附加项的玻尔兹曼网格法(LBE) 求解简单 ,几何边界易处理,流场计算时不须网格转 换,因此很方便进行编程 . (3)实例分析表明 , Re ≤7 000 时采用玻尔兹曼 网格法(LBE), Re >7 000 时采用特征线法(MOC) 计算给水管网非恒定流动, 将提高计算的准确性 ,同 时提高计算效率. 参 考 文 献 [ 1] Tao J K.Studies on dynami c hydraulic model of shanghai munici￾pal w ater distribu tion netw ork.China Wa ter Wastewater , 1999 , 15(4):11 (陶建科.建立上海市计算机给水管网动态水力模型研究.中国 给水排水, 1999 , 15(4):11) [ 2] Wylie E B .Flu id Transients in Systems .Englewood:Prentice Hall, 1993 [ 3] Mohamed S G , Bryan W K , Duncan A M .Energy estim ates for discretization errors in w at er hammer problems.J Hyd raul Eng , 1998 , 124(4):384 [ 4] Sericola B.Transient analysis of stochastic fluid models.Perform Eval , 1998 , 32(4):245 [ 5] Uspuras E , Kaliatka A , Dunduis G.Analysis of potential water hammer at Ignalina NPP using thermal-hydrauli c and structu ral analysis codes.Nucl Eng Des, 2001 , 203(1):1 [ 6] Cheng X Y.Compu tationa l F luid Dynamics :Nu merical Solu￾tion of Partial Diff erential E quation.Beijing :Science Press, 2000 (程心一.计算流体动力学:偏微分方程的数值解法.北京:科 学出版社, 2000) [ 7] Fox J A .Hydrau lic Ana lysis for Unsteady Flow of Water S up￾p ly Pipeline .Beijing :Petroleum Industry Press, 1996 (福克斯 J A .管网中不稳定流动的水力分析.陈祖泽, 译.北 京:石油工业出版社, 1996) [ 8] Qu S L , Yuan Y X, Wu Y B , et al.Analysis on transient flow of long-distance w ater transmission pipeline .China Wat er Wastew￾ater , 2005 , 21(12):59 (曲世琳, 袁一星, 伍悦滨, 等.长距离输水管线非恒定流动分 析.中国给水排水, 2005 , 21(12):59) [ 9] Qu S L , Zhao H B, Wu Y B .Lattice Boltzmann equation for transient flow of long-distance w at er supply pipeline .J Nanjing U niv Sci Technol , 2004 , 28(6):663 (曲世琳, 赵洪滨, 伍悦滨.玻尔兹曼网格方程在长输管道瞬 变流动中的应用.南京理工大学学报, 2004 , 28(6):663) [ 10] Hou S , Zou Q , Chen S , et al.Simulation of cavit y flow by the lattice Boltzmann method.J Comp ut Phys, 1995 , 118(2):329 第 4 期 马 飞等:给水管网非恒定流动数值计算方法 · 427 ·