水电站瞬变流计算方法研究及计算程序开发
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摘要
本文对水电站瞬变流数值模拟计算中的几个亟待改进的问题进行了深入的研究，并且初步完成了有关计算软件的开发工作。
首先，综述了水电站瞬变流基本理论的研究进展，提出了本文研究的主要内容。
第二，在进行有压管道系统瞬变流数值计算时，存在一个合理选取系统公共计算时间步长Δt值的问题。针对这一问题，探讨了计算时间步长Δt的合理取值范围，分析研究了目前常用的Δt取值方法的不足，提出了一种更为精确、有效的Δt优化取值方法，最后通过算例验证了该方法的正确性。
第三，利用水轮机模型综合特性曲线的等效率线的相似形，提出了补加低效率区等效率线的方法，为高效率区向低效率区的插值提供了较为精确的数据处理方法。
最后，利用原有的Fortran77计算程序，采用Fortran90语言和VB语言混合编程的方法，使得原先在Dos下运行的计算程序能够在Windows下运行，并使其操作起来更加方便。另外，用VB语言编写了曲线绘制程序，并把它集成到水电站瞬变流计算软件中，为及时整理、分析计算结果和撰写科研论文提供了方便。
This dissertation makes a detailed study on several aspects of basic theories of fluid transients in hydropower station systems and design of initial software is carried out.
Firstly, a summary has been made on the advances in basic theories of fluid transients, then puts forward main ideas to be discussed in the paper.
Secondly, reasonable selection of common time step A t is a problem when make numerical computation to transients in pressurized piping systems. In the light of this problem, the dissertation inquires into reasonable selection of common time step A t, analyses the deficiency of present ways to select A t, presents a more accurate and effective new way to optimally select A t and gives an computational example to prove the way correct.
Thirdly, by using similarity of equal efficiency curve of turbine model, it puts forward a way of adding equal efficiency curve in low efficiency area, which provides an accurate way to deal with data for interpolation from high efficiency area to low efficiency area.
Finally, by applying original Fortran77 program and programming in a way of mixing Fortran with VB, it is possible to make programs which operate in Dos operate in Windows and makes it more convenient to manipulate. The curve-drawing program in VB language is added to computational software on fluid transients in hydropower station systems, which makes it more easy to analyze the computational result in time and compile scientific research papers.
首先，综述了水电站瞬变流基本理论的研究进展，提出了本文研究的主要内容。
第二，在进行有压管道系统瞬变流数值计算时，存在一个合理选取系统公共计算时间步长Δt值的问题。针对这一问题，探讨了计算时间步长Δt的合理取值范围，分析研究了目前常用的Δt取值方法的不足，提出了一种更为精确、有效的Δt优化取值方法，最后通过算例验证了该方法的正确性。
第三，利用水轮机模型综合特性曲线的等效率线的相似形，提出了补加低效率区等效率线的方法，为高效率区向低效率区的插值提供了较为精确的数据处理方法。
最后，利用原有的Fortran77计算程序，采用Fortran90语言和VB语言混合编程的方法，使得原先在Dos下运行的计算程序能够在Windows下运行，并使其操作起来更加方便。另外，用VB语言编写了曲线绘制程序，并把它集成到水电站瞬变流计算软件中，为及时整理、分析计算结果和撰写科研论文提供了方便。
This dissertation makes a detailed study on several aspects of basic theories of fluid transients in hydropower station systems and design of initial software is carried out.
Firstly, a summary has been made on the advances in basic theories of fluid transients, then puts forward main ideas to be discussed in the paper.
Secondly, reasonable selection of common time step A t is a problem when make numerical computation to transients in pressurized piping systems. In the light of this problem, the dissertation inquires into reasonable selection of common time step A t, analyses the deficiency of present ways to select A t, presents a more accurate and effective new way to optimally select A t and gives an computational example to prove the way correct.
Thirdly, by using similarity of equal efficiency curve of turbine model, it puts forward a way of adding equal efficiency curve in low efficiency area, which provides an accurate way to deal with data for interpolation from high efficiency area to low efficiency area.
Finally, by applying original Fortran77 program and programming in a way of mixing Fortran with VB, it is possible to make programs which operate in Dos operate in Windows and makes it more convenient to manipulate. The curve-drawing program in VB language is added to computational software on fluid transients in hydropower station systems, which makes it more easy to analyze the computational result in time and compile scientific research papers.
引文
[1][加]M.H.chaudhry著，陈家远，孙诗杰，张治滨译，实用水力过渡过程．成都：四川水力发电工程学会，1985年．
[2]丁浩，水电站有压引水系统非恒定流．北京：水利电力出版社，1986年．
[3]Streeter. V.L., and Lai. C. , Water hammer Analysis Including Fluid Friction. Trans. Amer.Soc. Civ. Engrs., 1963,Vol,128.
[4][美]E.B.怀利，V.L.斯特里特著，清华大学流体传动与控制教研组译．瞬变流．北京：水力电力出版社，1983年．
[5][苏]克里夫琴科主编，堂兆堂，周文通，吴培豪译．水电站动力装置中的过渡过程．北京：水利出版社，1981年．
[6]常近时著．水力机械过渡过程．北京：机械工业出版社，1991年．
[7]何文学，汤浴水电站大波动过渡过程数值模拟，西北农业大学(1995年)，陕西．杨凌．
[8]骆如蕴，张洪楚．水击基本方程的近似性．水力发电学报，1985(2)．
[9]叶宏开．水击计算中摩擦项的处理．水利学报，1987(6)．
[10]何文学．汤浴水电站突甩负荷过渡过程的数值解．水电站设计，1996(4)．
[11]何文学，把多铎．泾北东部供水工程事故停泵水锤分析与计算．西北农业大学学报，1998(水建专辑)．
[12]何文学，李茶青，申景涛，冯家涛，杨建国．碗牛坝水电站突甩负荷过渡过程数值计算．曲北农业大学学报，2002(12)．
[13]王宪平，刘保华．南丫河二级水电站2号机甩负荷实验与电算．水电站设计，1986(2)．
[14]胡敏良，蔡维由，李佛炎．东风水电站水轮机调节系统大小波动过渡过程数值分析．水力发电，1995(4)．
[15]常时近，白朝平．高水头抽水蓄能电站复杂水力装置过渡过程的新计算方法．水力发电，1992(2)．
[16]沈宗树，钟承钢．混流式水轮机调节系统动态特性分析．水利水电技术，1979(6)．
[17]常时近，白朝平，寿梅华．天生桥二级水电站水轮机装置甩负荷过渡过程的动态特性．水力发电，1995(7)．
[18]朱承军，杨建东．非棱柱体管道的一维水击计算及分析．水力发电学报，1998(2)．
[19]索丽生，锥管水击计算的特征线法，水利发电学报，1997(3)．
[20]程永光，张师华，陈鉴治．Lattice—Boltzmann方法应用举例——水电站水击计算．武汉水利电力大学学报，1998(5)．
[21]程永光，张师华，陈鉴治．用Lattice—Boltzmann方法模拟水击．水利学报，1998(6)．
[22]孙铭德，黄素逸．计算流体力学基础．北京：清华大学出版社，1997年版．
[23]谢小成．过渡过程计算中几个问题的处理．水利水电工程设计，1998(2)．
[24]索丽生．国外有压瞬变流研究进展．河海科技进展．1991(11)．
[25]陈德新．水轮机模型综合特性曲线的二元多相最佳拟合．华北水利电力学院学报，1986(2)．
[26]董宏成．水轮机模型综合特性曲线的计算机处理．水电站设计，1992(3)．
[27]晏敏，张期昌．水轮机特性的超曲面正交多相式最小二乘拟合．大电机技术，1986(4)．
[28]任德记，吴刚．水轮机特性曲线的数值计算．葛洲坝水电工程学院学报，1994，16(1)．
[29]陈乃祥，梅祖彦．导水叶完善关闭规律的数值计算方法．水力发电学报，1985(3)．
[30]谢庆涛．混流式水轮机甩负荷过程导叶关闭规律的优化计算．水利学报，1987(8)．
[31]杨建设，段昌国．水轮机最优调节规律的数值计算方法．科技情报，1988，8(2)．
[32]何文学．“机阀协联”完善关闭规律的数值解法．大电机技术，1997(2)，．
[33]陈乃祥，张扬军，于宗祥．水轮机导水叶折线关闭规律的优化计算．水力发电，1996(12)．
[34]刘德有，索丽生．复杂给水管网恒定流计算新方法—特征线法．中国给水排水，1994(10)．
[35]杨开林著．电站与泵站中的水力瞬变及调节．北京：中国水利水电出版社．2000年版
[36]朱从旭，邓宏贵．VB下二维曲线图形的设计．电脑开发与应用，2000(6)．
[37]桂良进，王军，董波编著．Fortran PowerStation4.0使用与编程．北京：北京航空航天大学出版社．2000年版
[38]赵翔龙编著．Fortran90学习教程．北京：北京大学出版社．2000年版
[39][美]Francesco Balena著，翔实翻译组译．Visual Basic 6编程技术大全．北京：机械工业出版社．2000年版
[40]蔡正发编著．Visual Basic6.0窗口软件程序设计．青岛：青岛出版社．1999年版
[41][美]Curtis Smith,Michael Amundsen著，陈海标译．Visual Basic 6.0数据库编程．北京：
清华大学出版社．1999年版
[42]Chandhry M. Applied hydraulic transients. Van Nostrand Reinhold Co, New York, NY., 2nd Edition, 1987
[43]Wylie E B., Streeter V L. Fluid Transients. McGraw-Hill book Co., New York, NY, 1978, Republished FEB Press, Ann Arbor, MI, 1983
[44]Skalak R. An extension of water hammer. Trans. Of ASME, Vol. 78, Jan. 1956, 105～156.
[45]Thorley A R D. Pressure transients in hydraulic pipelines. Journal of Basic Eng., Trans. Of ASME, Vol. 91, No.3, Sept. 1969, 453～460
[46]Wylie E B, Streeter V L and Suo Lisheng. Fluid Transients in Systems. A Simon & Schuster Company Englewood Cliffs, N J, Prentice Hall, 1993.
[47]杨晓东等．泵站水锤计算中的自动分段法．中国给水排水，1993(3)．
[2]丁浩，水电站有压引水系统非恒定流．北京：水利电力出版社，1986年．
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