实用流体瞬变流
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作者杨建东
出版社科学出版社
ISBN9787030581082
出版时间2018-06
版次1
装帧精装
开本16开
纸张胶版纸
页数329页
字数504千字
定价258元
货号SC:9787030581082
上书时间2024-05-08
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内容简介:
流体瞬变流是流体力学分支之一，在水资源配送、能源工业、运载工业、石化工业等领域有着广泛的应用。为了满足各领域越来越复杂的流体输送系统高效设计、安全运行、实时控制、精细化模拟的需要，本专著系统地介绍了流体瞬变流基本理论、基本方法和新的研究进展。其中：1～5章分别讲述流体瞬变流基本概念和基本方程、恒定流—有限单元法、非恒定流—广义特征线法、动力装置—广义能量守恒、振荡流—阻抗与状态矩阵法；６～９章分别讲述气体瞬变流、液柱分离及含气型气液两相瞬变流、明满混合瞬变流、内流管道系统流固耦合等工程应用；10～12章侧重瞬变流控制、闭环系统稳定性、瞬变流多维模拟等新的研究方向。
摘要:
第1章 流体瞬变流的基本概念和基本方程
第1章 流体瞬变流的基本概念和基本方程
1.1 流体瞬变流的基本概念
流体是液体和气体的总称。液体可压缩性小，可采用管道输送，也可采用明渠输送；而气体可压缩性大，只能采用管道输送。流体在输送的过程中，由于输送系统的运行条件发生变化，包括正常的变化、偶然的事故以及外部的干扰，引起流经各断面流体的流速、流量、压强、压力、水深等宏观物理量发生变化，从某一定常状态转换成另一定常状态，这种随时间变化的过程称为流体瞬变流[1，2]，也常称为非恒定流。
定常流或恒定流是相对于流体瞬变流而言的，即流经各断面流体的流速、流量、压强、压力、水深等宏观物理量不随时间变化。两者的差别在于时间偏导数是否为零，即或t≠0。但严格地讲，恒定流上述物理量的瞬时值仍随时间呈现随机性变化，但任何时段的平均值却不随时间变化。该现象反映了流体流动过程中紊动的内在本质。由此可见，恒定流是流体瞬变流的基础，也是流体瞬变流的特例。
恒定流通常按其流动的特点划分为均匀流和非均匀流[3]。断面流速的平均值不随空间位置变化的流动称为均匀流，其流线为相互平行的直线；而断面流速的平均值随空间位置变化的流动称为非均匀流，与均匀流的差别在于当地偏导数是否为零，即或。非均匀流可进一步划分为渐变流和急变流。流线之间夹角很小、流线的曲率半径很大的流动称为渐变流，其特点是断面上任何点的势能相等，即势能中压能沿断面垂线呈三角形分布；流线之间夹角较大、流线的曲率半径较小的流动称为急变流，其特点是断面上任何点的势能不相等，受到离心惯性力的作用（图1.1）。
非恒定流分为有压管道非恒定流和无压明渠非恒定流[3]。有压管道非恒定流也称为管道瞬变流，可区分为水击现象和涌浪现象两类。水击通常指水体在管道流动中发生的瞬变流，其特点是流速随时间变化较快，使得流体的压缩性甚至管壁的弹性不可忽略，瞬变过程以弹性波的形式出现；若流速随时间变化较缓，流体和管壁的压缩性可以忽略，则瞬变过程以质量波的形式出现，于是通常将其称为涌波。如U型管内水柱来回振荡的现象；又如水电站调压室水位波动现象。若管道中的流体以某一固定的时间间隔来回振荡，则称为振荡流或周期流。当流体的振荡频率与管道系统固有频率一致时，将发生共振。明渠非恒定流与管道非恒定流之间优选的差别在于：前者的波动过程是重力波的传播，而后者的波动是弹性波或质量波动的传播。其次，呈自由水面的明渠流动，在非恒定流过程中其断面流速仍然是断面水深的函数，相比管道的有压流动要复杂，即流速和水深两个因变量之间存在相互制约的关联。
气体瞬变流是流体瞬变流的分
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目录:
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第1章 流体瞬变流的基本概念和基本方程 1
1.1 流体瞬变流的基本概念 1
1.2 管道瞬变流的基本方程 2
1.2.1 动量方程 3
1.2.2 连续性方程 4
1.2.3 波速公式 5
1.3 明渠瞬变流的基本方程 7
1.3.1 动量方程 7
1.3.2 连续性方程 8
1.3.3 有侧向入流的明渠瞬变流基本方程 8
1.3.4 二维的明渠瞬变流基本方程 8
1.4 流体瞬变流的研究方法 9
1.4.1 标准双曲型偏微分方程的解析法 9
1.4.2 标准的非齐次双曲型偏微分方程的解析法 10
1.4.3 数值计算方法 10
1.4.4 模型试验和原型观测 11
1.5 流体瞬变流的主要应用领域 11
1.5.1 流体输送 11
1.5.2 能源工业 15
1.5.3 运载工业 17
1.5.4 自激振荡、射流、检测技术的应用 19
1.5.5 心血管系统 20
参考文献 22
第2章 管网系统恒定流分析——有限单元法 23
2.1 管网系统基本特征与恒定流基本方程 23
2.1.1 管网系统基本特征 23
2.1.2 恒定流动量方程 25
2.1.3 管网系统恒定流计算方法 26
2.2 单元线性化方程 27
2.2.1 管道的单元方程 27
2.2.2 渠道的单元方程 27
2.2.3 边界节点的点单元方程 29
2.2.4 内节点的点单元方程 30
2.3 总体方程及求解 30
2.3.1 总体方程的矩阵表达式 30
2.3.2 求解的步骤与方法 32
2.3.3 实例验证 32
2.4 管网系统拓扑结构——基于图形系统的自动编码
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