有壓管道在城市市政系統(tǒng)中扮演著重要的角色,近些年隨著管道生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)工藝的改進(jìn),有壓管道的材質(zhì)越來(lái)越多樣化,其中具有粘彈力學(xué)特性的塑料管道應(yīng)用越來(lái)越普遍,然而,粘彈性管道的水力動(dòng)態(tài)特性相對(duì)傳統(tǒng)彈性管道更加復(fù)雜。因此,本文基于管道瞬變流理論對(duì)粘彈性管道瞬變流的壓力波動(dòng)和能量損耗問(wèn)題進(jìn)行研究,主要研究?jī)?nèi)容如下:首先,本文基于粘彈性管道的本構(gòu)模型結(jié)合一維擬穩(wěn)態(tài)摩阻模型、非穩(wěn)態(tài)摩阻模型以及準(zhǔn)二維模型,分別建立一維粘彈性管道瞬變流模型和準(zhǔn)二維粘彈性管道瞬變流模型。并將三種不同摩阻模型的模擬結(jié)果與文獻(xiàn)中獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,分析不同模型的優(yōu)劣性。結(jié)果發(fā)現(xiàn),相比于粘彈性管道的一維瞬變流模型,準(zhǔn)二維模型在壓力峰值、谷值和壓力波周期等方面與實(shí)驗(yàn)值的擬合程度較高,可比較準(zhǔn)確的模擬粘彈性管道瞬變流的壓力波動(dòng)過(guò)程。其次,本文對(duì)粘彈性管道瞬變流模型中的管道蠕變參數(shù)和壓力波波速進(jìn)行校核�；谖墨I(xiàn)中提供的力學(xué)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的蠕變函數(shù),采用遺傳算法對(duì)不同實(shí)驗(yàn)條件下模型中的蠕變參數(shù)的元件個(gè)數(shù)從1到5分別進(jìn)行校核。同時(shí)采用三種不同管材的波速計(jì)算方法,對(duì)模型中的波速進(jìn)行計(jì)算,再將擬確定的波速值和校核得到的蠕變參數(shù)代入準(zhǔn)二維粘... 

【文章來(lái)源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

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論文結(jié)構(gòu)

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文10第2章粘彈性管道瞬變流模型本章結(jié)合Kelvin-Voigt粘彈模型，對(duì)粘彈性材料的力學(xué)性能進(jìn)行的分析，管道摩阻模型采用準(zhǔn)二維模型，建立粘彈性管道準(zhǔn)二維瞬變流模型。邊界條件為下游瞬時(shí)關(guān)閥，利用特征線法（MOC）方法求解準(zhǔn)二維管道瞬變流節(jié)點(diǎn)壓力和流量。并與文獻(xiàn)中所獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，分析模擬壓力曲線與實(shí)驗(yàn)壓力曲線在壓力波峰值、谷值、衰減過(guò)程以及相位變化等方面的擬合程度，從而校核模型的準(zhǔn)確性。2.1粘彈性管道力學(xué)模型Kelvin-Voigt模型是常用于分析固體粘彈性材料的徐變和松弛行為的模型，由于準(zhǔn)確性較高和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，該模型在表示粘彈性材料的蠕變和延遲特性時(shí)被廣泛使用。廣義Kelvin–Voigt模型由彈簧和粘壺的組合形成，元件的數(shù)目越多，級(jí)數(shù)項(xiàng)越適用于描述管壁的粘彈性。如圖2-1所示。圖2-1廣義Kelvin–Voigt模型線性粘彈性中，蠕變?nèi)崃浚↗）和松弛模量（G）只是時(shí)間的函數(shù)，不是應(yīng)力或應(yīng)變的函數(shù)。應(yīng)用拉普拉斯變換可以得出蠕變函數(shù)。/01()(1)kvkNtkkJtJJe(2-1)式中J0—瞬時(shí)柔量，J0=1/E0（Pa-1）；Jk—第k個(gè)Kelvin–Voigt元件的蠕變?nèi)崃�，Jk=1/Ek，Ek（Pa）為第k個(gè)彈簧的彈性模量（Pa-1）；τk—第k個(gè)粘壺的松弛時(shí)間（s）。粘彈性材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系與彈性材料有所不同，不遵循胡克定律，其應(yīng)變由瞬時(shí)應(yīng)e和延遲應(yīng)變r(jià)兩部分組成，如下式所示：()()ertt(2-2)其中，瞬時(shí)應(yīng)變的計(jì)算公式為：e002eDHEEe(2-3)

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文212.3.2準(zhǔn)二維模型求解沿正負(fù)特征線（即dxdta）對(duì)方程(2-62)和(2-64)積分得到準(zhǔn)二維粘彈性瞬變流常微分方程，形式如下：221()1()2()0NEkdHaduarvaraAHVdtgdtgrrgrrg(2-65)Vardy和Hwang在求解微分方程(2-65)時(shí)所采用的的軸向和徑向差分網(wǎng)格，如圖2-2和圖2-2所示。其中圖2-2為管道在軸向的差分網(wǎng)格，與一維瞬變流模型的差分網(wǎng)格相同，都是沿管道長(zhǎng)度L對(duì)管道進(jìn)行平分，Nx為管道軸向分段數(shù)，計(jì)算其空間步長(zhǎng)為Δx=L/Nx，時(shí)間步長(zhǎng)為空間步長(zhǎng)除以波速。圖2-2為管道在徑向的計(jì)算差分網(wǎng)格，該網(wǎng)格是將管道沿著徑向分成Nr+1段，然后將得到的圓柱體厚度記為Δr。在圓形輸水管道中，由于速度邊界層的存在，使得越靠近管壁，流體的速度梯度就越大，所以為了更加準(zhǔn)確地計(jì)算管壁處的切應(yīng)力，本文所采用的徑向差分網(wǎng)格是從管軸到管壁處逐漸加密，所以最終得到的圓柱體厚度Δr值是沿著管道徑向逐漸變小的，越靠近管壁，圓柱體厚度越校此外，在每個(gè)差分出的圓柱體中，不同計(jì)算參數(shù)所處的位置有所不同，軸向速度u位于圓柱體橫截面中點(diǎn)處，徑向速度v和總粘度T均位于圓柱體沿徑向靠近管壁的外表面處。圖2-2軸向差分網(wǎng)格圖2-3徑向差分網(wǎng)格其中，對(duì)于徑向差分網(wǎng)格，沿徑向r和cr滿足下列關(guān)系：301(1)/2(1)rrjjNNeerDe(2-66)1()/2cjjjrrr(2-67)式中j—表示管道徑向網(wǎng)格的節(jié)點(diǎn)編號(hào)；

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號(hào)：3144907