Bentley OpenFlows HAMMER CONNECT Edition 帮助

气蚀现象

在瞬时分析过程中,如果流体的表压 P 下降到其蒸汽压极限 P0,则蒸汽将开始形成,并且只要 P0 持续存在,所有这些计算点上的蒸汽体积将膨胀。事实上,当压力接近 P0 时,空气将从溶液中释放,波速将降低;这种行为可以在 HAMMER 中使用波速折减系数来模拟。

为了简单起见,让我们关注管道的内部点。考虑到摩擦,单相流的每个内部点的每个时间步长处有三个未知量:两个水头和一个排放流量。事实上,为了跟踪可能形成的蒸汽体积 Xi (i = 1, 2),需要额外的变量来记录这些体积。在处理蒸汽囊时有两个基本假设:

  • 蒸汽囊占据整个横截面积
  • 蒸汽囊位于形成点

尽管这些假设在物理和逻辑上并不完全有效,但事实证明,如果没有它们,即使不是不可能,也很难继续下去,而且它们使我们能够非常好地预测系统行为 (Provoost, 1976)。由于这些假设,没有气流穿过蒸汽囊,蒸汽和液体之间的界面在空间中保持固定。

解决方法

将每个内部点概念化为由两个彼此无限接近的共轭点组成非常方便,如下面的内部蒸汽囊图所示。为了求解内部点处的未知量,根据是否形成蒸汽囊,有两种不同的状态:

(i) 压力超过蒸汽压力 (P > P0)

单相流体由两个特性方程、两个水头损失方程、连续性和零蒸汽体积描述。因此,可以求解水头 Hi 和 H、流量 Qi,其中 i = 1, 2,Qi 是进入第 i 个分支的点的入流。

由于连续性,Q1 = - Q2

(ii) 压力等于蒸汽压力 (P = P0)

在这种情况下,考虑点“中间”的水头 H 为 H0 = P0 + Z,其中 Z 是点的高程。此外,还有两个特性方程、两个水头损失方程和连续性关系,关系如下所示:

dXi / dt = - Qi

总之,在这两种模式中,都有七个变量(H、Hi、Qi 和 Xi)和七个方程。在模拟期间,这两种状态之间的转换可能发生多次。物理上也可能在单个(任意)时间步长内,蒸汽囊同时打开和关闭,或者反之亦然。瞬时求解器中有可以检测并处理这种情况的逻辑。HAMMER 跟踪蒸汽囊的演变,并记录模拟过程中每个点达到的最大体积。

蒸汽囊定位到点仅仅是一种方便的概念化,在逻辑上和物理上都是不可能的。尽管如此,对于小于相邻计算点之间的管道所占用体积的体积,模拟是相当稳健的。然而,然而,如果蒸汽体积增大到足以填满两个计算点之间的管段,则该程序既不调整其计算方法(例如,通过限制蒸汽囊的大小或将多余体积转移到相邻点),也不打印警告/错误消息。用户必须注意程序的这一限制。

注释: 在恒稳态或 EPS(即,初始条件)计算过程中不计算气蚀,仅在瞬时计算过程中计算。