[发明专利]基于液相与气相耦合的调压室水位波动模拟方法及系统

权利要求书

1.基于液相与气相耦合的调压室水位波动模拟方法，其特征在于，包括步骤：

步骤1，采用Pressimann空间四点隐格式分别离散液体管道非恒定流控制方程和气体管道非恒定流控制方程，获得对应的离散方程；

步骤2，将调压室和通气廊道管道化，以调压室内的水气交界面为界划分液体管道和气体管道，并以水气交界面为气体管道末断面和液体管道末断面，耦合液体管道与气体管道非恒定流，构建气体管道末断面质量流量和液体管道末断面体积流量的关系、气体管道末断面压力和液体管道末断面水头的关系以及液体管道末断面体积流量和水气分界面高程的关系，即获得了垂直管道液气耦合模型；

步骤3，基于步骤1获得的离散方程，采用追赶法前扫描过程获得液体管道末断面体积流量和水头的关系以及气体管道末断面质量流量和压力的关系，所述的液体管道的前扫描方向为调压室底部向水气交界面方向，所述的气体管道的前扫描方向为通气廊道出口向水气交界面方向；

步骤4，联合垂直管道液气耦合模型、液体管道末断面体积流量和水头的关系以及气体管道末断面质量流量和压力的关系，获得液体管道末断面的体积流量和水头、气体管道末断面的质量流量和压力、以及水气分界面高程；

步骤5，根据液体管道末断面的体积流量和水头以及气体管道末断面的质量流量和压力，采用追赶法后扫描过程获得液体管道各断面的体积流量和水头以及气体管道各断面的质量流量和压力；所述的液体管道的后扫描方向为水气交界面向调压室底部方向，所述的气体管道的后扫描方向为水气交界面向通气廊道出口方向；

步骤6，根据获得的水气分界面高程调整气体管道网格数和液体管道网格数，并保证水气分界面位于气体管道末网格线和液体管道末网格线间。

2.如权利要求1所述的基于液相与气相耦合的调压室水位波动模拟方法，其特征在于：

步骤1进一步包括子步骤：

1.1采用Pressimann空间四点隐格式差分格式离散液体管道非恒定流控制方程，获得液体管道相邻断面的水头增量和体积流量增量间的关系，即液体管道非恒定流控制方程的离散方程；所述的水头增量指计算时刻液体管道断面的水头较上一时刻水头的增量；所述的体积流量增量指计算时刻液体管道断面的体积流量较上一时刻体积流量的增量；

1.2采用Pressimann空间四点隐格式差分格式离散气体管道非恒定流控制方程，获得气体管道相邻断面的压力增量和质量流量增量间的关系，即气体管道非恒定流控制方程的离散方程；所述的压力增量指计算时刻气体管道断面的压力较上一时刻压力的增量；所述的质量流量增量指计算时刻气体管道断面的质量流量较上一时刻质量流量的增量。

3.如权利要求1所述的基于液相与气相耦合的调压室水位波动模拟方法，其特征在于：

所述的气体管道末断面质量流量和液体管道末断面体积流量的关系为：其中，M_U为气体管道末断面的质量流量，Q_N为液体管道末断面的体积流量，ρ_气为空气密度。

4.如权利要求1所述的基于液相与气相耦合的调压室水位波动模拟方法，其特征在于：

所述的气体管道末断面压力和液体管道末断面水头的关系为：其中，H_N为液体管道末断面的水头，Z为调压室水气分界面高程，p_U为气体管道末面的压力，ρ_气为空气密度，g为重力加速度。

5.如权利要求1所述的基于液相与气相耦合的调压室水位波动模拟方法，其特征在于：

所述的液体管道末断面体积流量和水气分界面高程的关系为：

其中，Z为调压室水气分界面高程，Q_N为液体管道末断面的体积流量；Z⁰为前一时刻调压室水气分界面高程，为前一时刻液体管道末断面的体积流量；Δt为时间步长，F为调压室横截面积。