基于CFX的输水管道水锤现象的数值研究杨成1，刘立胜2，刘齐文1，翟鹏程2**（1.武汉理工大学理学院，武汉市430070；5102.武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室，武汉市430070）摘要：水锤是管道工程中一类极为重要的物理现象，由水锤引起的压强通常可以达到管道正常工作压强的几十倍，甚至更高，对这种现象预料不及或处理不当将会导致管道剧烈振动、变形甚至爆裂。本文利用CFX软件，计算了阀门快速关闭后输水管道内的水锤压强，并将计算结果与实验值、Pipenet的计算值进行了对比。结果显示，利用CFX求解所得的水锤压力波的峰值和周期都能很好的与实验结果相匹配，说明采用CFX软件和本文的物理模型与求解策略能正确地模拟输水管道系统中的阀门突然关闭后的水锤现象。关键词：水锤；输水管道；水锤压强；CFX；Pipenet中图分类号：TU991.3915SimulationAnalysisofWaterHammerInWaterPipeBasedOnCFXYangcheng1,LiuLisheng2,LiuQiwen1,ZhaiPengchen2(1.SchoolofScience,WhutUniversityofTechnology,WuHanCity430070;20253035402.StateKeyLaboratoryOfAdvancedTechnologyForMaterialsSynthesisAndProcessing,WuhanUniversityofTechnology,WuHanCity430070)Abstract:Waterhammerinpipelineengineeringisakindofimportantphysicalphenomenon.Pressurecausedbywaterhammercanoftenachievepipelineworkingpressureofdozensoftimes,evenmore.Ifthephenomenonisn’tforecastedintimeorishandledreasonably,itwillleadtopipevibration,deformation,evenburst.ThepapercalculatedthewaterhammerpressurecausedbysuddenvalveclosesandmakesacomparisonbetweencalculatedvaluefromCFXnumericalsimulationandmeasureddataandPipenetcalculatedvalues.TheresultsdisplaythatCalculatedresultsofthepeakpressureandwaveperiodcanbeaverygoodmatchwiththeexperimentalresultsandthetheoreticalvalue,itdemonstratedthatCFXsoftwarecanwellsimulatethewaterhammerphenomenonbasedonphysiccalmodelandsolutionstrategyinthisarticle.Keywords:Waterhammer;Waterpipe;Waterhammerpressure;CFX;Pipenet0引言阀门的快速开启或关闭将引起管道内流场的急剧变化，这种不稳定的状态涉及到管内流体动能和势能之间的相互转换，同时伴随着压强的交替上升和下降。由水锤引起的压强通常可以达到管道正常工作压强的几十倍，甚至更高，对这种现象预料不及或处理不当将会导致管道剧烈振动、变形甚至爆裂。随着人类社会工业的快速发展，工业管道中水锤现象的危害逐渐受到各工业部门地重视。水锤引起的危害涉及的领域包括城市间的输水管道系统，密闭输油管道，火电厂和核电厂的高温高压蒸汽管道，化工厂的热力交换和循环系统，热水供热管网等[1][2]。水锤是管道输送系统中的一种常见现象，早在100多年前人们就已经认识到了水锤的破坏作用。1898年儒可夫斯基首次提出水锤压力与流速变化、波速、流体密度有关，并推导出了波速和压力跃升的数学方程；1913年阿列维推导出了水锤分析的数学方法和图解法，作者简介：杨成（1986-），男，硕士研究生，计算力学通信联系人：翟鹏程（1968-），男，教授，新材料力学、计算力学.E-mail:pczhai@126.com-1-0成为水锤领域其后50年研究的基础[3]。随着科学技术的快速发展，利用计算机数值计算对455055水锤问题进行分析成为当前的主要方法，荷兰Delft水力研究所于1984年研发出了第一款用于分析水锺问题的大型专业软件FLUSTRIN，为水锤问题的计算机数值仿真开辟了一条崭新的道路。经过多年的发展，科学家们编写了多款计算水锤专业软件，如Wanda，Flowmaster，Pipenet，Relap5，Mona等。其中，Pipenet是一款强大的一维流体动力系统求解器，Relap5是轻水冷却系统事故工况的瞬态行为最佳估算程序[4]。虽然已有多款专业的水锤计算软件，但多数只适用于求解一维管网问题且无法求解涉及到湍流、回流等复杂流体的下的流体动力学问题。因此，本文运用成熟的CFD技术，借助于大型商业计算流体动力学软件CFX对三维管网中的水锤问题进行数值研究。在介绍了水锤的基本理论和水锤实验后[5]，...