改進的特征線方法及過載對水錘效應影響分析

馬 康， 顧振杰， 白長青*，2

(1.西安交通大學 航天航空學院 機械結構強度與振動國家重點實驗室，西安 710049； 2.陜西省先進飛行器服役環境與控制重點實驗室，西安 710049)

1 引 言

輸流管路系統在飛行器燃油系統、環控系統和液壓系統中應用十分廣泛，其動力學特性對系統的安全可靠運行具有重要影響。管路運行過程中，會由于閥門突然啟閉等作用引起水錘效應，使壓力產生急劇變化[1]。由于流固耦合作用，管道內壓力的劇烈變化易誘發管道沖擊振動，甚至導致管道及其附件的損壞[2]。

目前，應用于有壓管道水錘的數值分析方法主要包括特征線方法MOC和有限體積法FVM等。其中，有限體積法FVM可直觀地對流體結構和流動機理進行分析[3]，文獻[4]基于UDF方法對閥門變速關閉過程的水錘壓力進行了計算研究，席志德等[5]利用CFX軟件對空間管路的水錘效應進行了數值模擬，Nikpour等[6]基于實驗模型對管路水錘進行了CFD仿真，并對不同湍流模型的影響進行了比較分析。但是，該方法需要占用較多的計算資源和較長的模擬時間，對于輸流管路系統設計而言效率較低[7]。

MOC方法能夠將水錘偏微分方程轉換為常微分形式，對整個流體系統進行快速水錘效應分析[8]，可以精確模擬水錘最大和最小壓力值，獲取水錘發生瞬間的極端參數(壓力和流速變化等)，計算精度較高[9]。該方法針對系統各節點建立相應低維非線性代數方程組，能對各種邊界條件進行處理，并且只需較少的計算存儲容量，計算效率高[10]。……