[发明专利]预测管道气锤的方法

说明书

本发明涉及流体力学技术领域，为提出提供一种求解天然气管道传输问题的方法。为此，本发明采取的技术方案是，预测管道气锤的方法，考虑气体的强可压缩性带来的影响，采用光滑粒子流体动力学方法求解移动坐标系统下的激波管物理方程，模拟气体对管道的冲击。本发明主要应用于天然气管道等设计制造场合。

技术领域

本发明涉及流体力学技术领域，具体是涉及一种基于天然气管道传输问题的无网格粒子方法。

背景技术

针对天然气管道气体的输运中，由于气体的可压缩性强，所以针对气体的计算和模拟和其他流体有明显的不同，对于这一问题，常用的方法主要有基于特征线法的界面追踪技术和有限体积法等。为了降低气态垂直界面假设引起的计算误差，通过假定气体状态在单个网格距离内是线性变化的，提出了改进的界面追踪技术，但这影响了计算的效率和稳定性，也可能因插值误差的积累而降低计算精度，针对以上问题，本发明提出了一种基于拉格朗粒子模型的无网格粒子方法。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明旨在提出提供一种求解天然气管道传输问题的方法。为此，本发明采取的技术方案是，预测管道气锤的方法，考虑气体的强可压缩性带来的影响，采用光滑粒子流体动力学方法求解移动坐标系统下的激波管物理方程，模拟气体对管道的冲击。

具体步骤如下：

步骤一，初始化:初始化系统的相关变量和粒子信息；

步骤二，生成粒子信息；

步骤三，列出求解方程并迭代计算：

根据天然气管道问题的原理，得出物理模型的数学模型，即拉格朗日形式下的控制方程为：

其中P是气体压力,ν是气体的速度，ρ是气体的密度，e是气体的能量，对于理想气体，其状态方程为：

p＝(γ-1)ρe (4)

将问题简化，相应的状态方程为：

此时，能量项将从控制方程中解耦出来；

为了求解上述方程(5)，从而预测天然气管道中气锤问题，采取步骤如下：

光滑粒子流体动力学方法中，函数f(x)的积分表示式为：

f(x)＝∫_Ωf(x′)δ(x-x′)dx′ (6)

其中δ(x-x′)为狄拉克函数，Ω为包含x的积分体积，若用光滑函数W(x-x′,h)取代狄拉克函数，则f(x)的积分表示式为：

f(x)≈∫_Ωf(x′)W(x-x′,h)dx′ (7)

函数导数积分表示为：

又因为

所以

然后进行粒子近似得到：

因为

所以

又有