泵站水力瞬变的二阶Godunov格式模型构建

作     者：周领 胡安妮 吴金远 Zhou Ling;Hu Anni;Wu Jinyuan

作者机构：河海大学水利水电学院南京210098 河海大学长江保护与绿色发展研究院南京210098 

出 版 物：《农业工程学报》 (Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering)

年 卷 期：2022年第38卷第19期

页      面：42-50页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0815[工学-水利工程] 081502[工学-水力学及河流动力学] 

基　　金：国家自然科学基金项目(51679066,51839008) 霍英东教育基金会青年教师基金(161068)。 

主　　题：泵站 模型 有限体积法 二阶Godunov格式 水力过渡过程 特征线法 一阶Godunov格式 

摘      要：为了提高复杂泵站系统水力瞬变数值模拟的高效性和稳定性,该研究基于泵站系统水力瞬变问题,建立有限体积法Godunov格式的数学模型,对简单管道系统和复杂泵站系统进行模拟研究。与常用的特征线法求解泵站水力模型方程不同,该模型引进有限体积法二阶Godunov格式对模型进行离散,用Riemann求解器对离散通量进行求解。使用MUSCL-Hancock方法进行界面数值重构,采用MINMOD斜率限制器避免虚假震荡。提出双虚拟单元边界处理方法,实现计算区域与边界同时达到二阶精度。将所建模型计算结果与精确解、经典算例数据进行对比,并针对库朗数取值和计算网格数进行敏感性分析。结果表明:所建模型模拟结果与精确解、经典算例数据吻合较好;与特征线法相比,二阶Godunov格式更加准确、稳定且高效。对于简单管道系统,特征线法计算耗时0.227 s,二阶Godunov格式计算耗时0.017 s。对于实际泵站系统,由于存在多特性的管道结构,二阶Godunov格式模拟时需稍微降低库朗数。而采用特征线法进行泵站水力过渡过程计算时,若不调整管道长度或者波速,管道中库朗数会小于1,在该文算例中,库朗数为0.72~0.76,模拟计算结果偏差很大。所以需要调整局部管道长度或波速,以达到库朗数为1的条件,这样处理因改变管道特性而引入计算误差。综上,二阶Godunov格式模拟方法可以更有效提高传统泵站系统水力瞬变模拟的高效性、稳定性以及准确性。