[发明专利]基于MOC-CFD耦合的循环泵系统能量变化预测方法

权利要求书

1.基于MOC-CFD耦合的循环泵系统能量变化预测方法，其特征在于：该方法具体如下：

首先，构建由管道、阀门、水箱、离心泵组成的循环泵系统；然后，进行离心泵和阀门的三维计算流体动力学与管道的一维特征线法耦合分析，具体过程如下：离心泵和阀门的三维计算流体动力学分析中每次迭代后将进、出口的压力传到管道的一维特征线法分析中，一维特征线法分析得到的体积流量与离心泵和阀门的三维计算流体动力学分析中速度交界面的体积流量进行比较，达到收敛标准则进行下一个时间步长的计算，否则根据一维特征线法分析得到的体积流量计算结果，在离心泵和阀门的三维计算流体动力学分析中重新拟合新的边界条件进行迭代计算；最后，根据水箱进、出口水头计算结果，以及离心泵和阀门的三维计算流体动力学分析与管道的一维特征线法耦合分析模拟计算得到的结果，建立无量纲场的能量函数，对循环泵系统的能量变化进行预测；所述的能量函数计算公式如下：

2.根据权利要求1所述基于MOC-CFD耦合的循环泵系统能量变化预测方法，其特征在于：建立能量梯度的对数LGK表达式如下：

LGK＝log₁₀ K。

3.根据权利要求1或2所述基于MOC-CFD耦合的循环泵系统能量变化预测方法，其特征在于：管道的一维特征线法分析过程如下：

有压引水管道内的水流均满足运动方程和连续性方程；

运动方程：

连续性方程：

式中，V为管道内的水流瞬时流速，t为时间，x为沿管道轴线坐标轴距离，H为瞬时水头，g为重力加速度，D为管道直径，f为Darcy-Weisbach摩擦系数，c为水锤波速，α为微管段轴线与水平方向夹角，当微管段高度沿水流方向增加时，α为正；

将长度为L的管道分为N段，每段的长度均为Δx＝L/N，时间步长为Δt＝Δx/c，采用一维特征线法将运动方程和连续性方程转换为全微分方程形式，然后构造时间与空间网络，进而使用有限差分法求解得到管道各位置处在对应时刻的水头；

使用有限差分法构造出特征线差分网络，设在t₀时刻从A点传出一个正向水锤波C⁺，经过Δt时间传播了x_i-x_i-1段距离而到达P点，则将从A点到P点的正特征线方程沿正水锤传播特征线积分，并化简得：

式中，H_P为P点处的水头，Q_P为P点处的体积流量，H_A为A点处的水头，Q_A为A点处的体积流量，a为中间过渡变量，A为管道横截面积，x_i-1为A点的管道沿程长度，x_i为P点的管道沿程长度；

设在t₀时刻从B点传出一个负向水锤波C^-，经过Δt时间传播了x_i+1-x_i段距离而到达P点，则将从B点到P点的负特征线方程沿负水锤传播特征线积分，并化简得：

式中，H_B为B点处的水头，Q_B为B点处的体积流量，x_i+1为B点的管道沿程长度；

最终整理得，沿正水锤传播特征线时P点处的体积流量为：

Q_P＝K_p-K_aH_P (5)

沿负水锤传播特征线时P点处的体积流量为：

Q_P＝K_n+K_aH_P (6)

联立式(5)和式(6)，得管道P点位置处体积流量和水头的最终表达式：

则记管道任一点位置处体积流量和水头的最终表达式为：

其中，

K_p＝Q_A+K_aH_A-K_fQ_A|Q_A| (9)

K_n＝Q_B-K_aH_B-K_fQ_B|Q_B| (10)

式(7)和式(8)等式右边的每一个参数都可以通过前一个时刻的参数计算得到，因此，得出有压引水管道内瞬变流的数值解。