特征线法

摘要： 基于工程特性及总布置等多方面因素考虑,某些引调水工程的输水管线断流设备选择了闸门。长距离输水管线闸门开关引起的水锤与阀门相比更为严重。因此基于水力过渡过程计算,结合工程实际情况及闸门启闭机制造水平,选定合理的闸门关闭/开启规律尤为重要。针对某供水工程,对比计算了其管线末端闸门在不同关闭/开启规律下的输水系统过渡过程,发现合理的两段关闭/开启规律对于整个供水工程管线水力过渡过程的优化非常明显。

摘要： 为保证高扬程输水系统的可靠性,降低输水系统工程投资,基于特征线法对高扬程输水系统水力过渡过程进行计算分析,判断高扬程输水系统发生水锤的类型,并分析不同关阀方案时输水系统的水锤影响。结果表明:发生间接水锤时,对水泵出口阀门采取两段关闭方案,输水系统中机组的参数、管路最大压力满足规范要求;快关时间对机组最大反转速、阀后最大压力上升值影响相对较小;慢关时间对机组最大反转速、阀后最大压力上升值影响较大。

摘要： 长距离有压输水管道因水流条件复杂而容易产生水锤现象,进而导致管道系统产生振动或者爆裂。为满足实际输水需要,保证输水管线安全运行,采用特征线法,利用水锤数值模拟软件建立长距离输水管线水锤计算基本模型,通过对引汉济渭二期工程北干线黄池沟配水枢纽至板桥出水池段输水管道系统稳定运行状态、调整运行状态、检修切除管段运行状态(分水口控制流量、分水口控制开度)和爆管时4种工况下的水锤现象及变化规律进行了分析研究,确定了阀门最优启闭规律和操作规程。

摘要： 为了研究进排气流量系数对空气阀控制输水系统瞬变效果的影响,基于瞬变流理论,结合具体算例采用特征线方法,对不同进排气流量系数对传统空气阀控制瞬变压力的效果进行数值模拟计算。结果表明:空气阀控制瞬变负压效果主要受到进气流量系数的影响,不受排气流量系数的影响,进气流量系数越大,空气阀控制瞬变负压的效果越好。空气阀进气流量系数一定时,二次瞬变压力随着排气流量系数的增大而增大。但是,排气流量系数在0.4~1.0范围内变化时,对二次瞬变压力影响不明显,排气流量系数在0.1~0.4范围内变化时,对二次瞬变压力影响更加明显。研究成果可为压力输水系统水力瞬变数值模拟时空气阀进排气流量系数的选择和空气阀合理选型提供理论依据。

摘要： 为预防DN1200多功能活塞式套筒阀在实际应用过程中因阀门关闭产生关阀水锤对输水管道造成破坏,通过数值模拟手段开展DN1200阀门的流量特性研究。基于水锤的特征线方程,通过编写代码将阀门的流量特性代入,对阀门关闭后管道中的压力变化特征进行分析,并据此制定合理的关阀策略。结果表明,该阀门具有良好的流量调节特性,且合理的关阀规律及关阀时间能够防止因阀门关闭在管道中产生过大的水锤压力,保障输水系统安全。

摘要： 针对抽水蓄能电站管道内水力瞬变问题,采用二阶有限体积法(Finite Volume Method,FVM)Godunov格式进行数值建模和模拟。首先根据有限体积法将数学模型的控制方程进行离散,采用Riemann求解器进行通量计算。为了得到二阶精度的Godunov格式,避免数据重构时产生虚假振荡,引入并分析比较了3种不同的斜率限制器。机组全特性曲线采用改进的Suter变换,在边界处加入虚拟边界,并与机组边界控制方程相结合,实现了管道内部控制体与边界处计算的统一性。将本研究所建数学模型计算结果与传统特征线法(Method of Characteristics,MOC)计算结果、实测值进行对比,并分析了相关参数的敏感性。结果表明:在库朗数等于1时,二阶FVM与MOC计算结果相同,当库朗数小于1时,FVM计算结果比MOC更准确、更稳定;针对抽蓄机组甩负荷过程,二阶FVM的机组转速计算值与实测值基本吻合,且比MOC计算结果更接近实测值;在抽水蓄能电站水力瞬变计算中,MOC需要对不同特性的管道内水锤波速进行调整,不仅增加计算复杂性,也会产生计算误差;而FVM只需降低库朗数,计算简单方便,且精度更高。因此,本研究提供了一种稳定、精确的水力瞬变计算方法。

摘要： 输水管道发生关阀、泄漏等工况时,常处于气液两相流状态,极易造成异常压力波动,加剧了水锤的破坏性,影响管道的安全运行。为研究复杂输水管道内异常水压问题,该研究基于特征线法,建立了考虑非恒定摩阻的含气瞬变流模型,并引入离散气体空腔模型(Discrete Gas Cavity Model,DGCM)进行求解计算。对比了有无空气罐对含气瞬变流规律的作用,并研究了含气率、空气罐安装位置等因素对阀门末端压力的影响。结果表明,空气罐能大幅降低压力峰值,使管道快速达到稳定状态,无空气罐防护时压力峰值高达29.69 m,增加空气罐后压力峰值仅为8.38 m;含气率的增高、初始流量的减小、初始泄漏量的增大、空气罐离下游距离越近都可使管内压力峰值降低。研究结果可为输水工程的安全防护相关研究提供参考。

摘要： 针对某首部泵站加压与重力自流相结合的长距离、高落差输水工程,基于瞬变流计算中常用的特征线法建立了全系统水力过渡过程数学模型,模拟了系统停泵水锤全过程.为了解决水泵机组掉电后管道中出现的负压问题,提出了在泵后采用空气罐的防护方案,并对空气罐参数进行优化设计,确定了较优的空气罐体型;于管道最高点处设置高位水池,水池后的重力流段采用减压阀与调节池串联的方式进行消能.停泵工况下为避免高位水池漏空,需要关闭各个减压阀.为了防止关阀产生的升压水锤超过管道承压标准从而发生爆管事故,同时考虑到各调节池水位波动的影响,选择不同关阀方案进行对比.计算结果表明,本工程空气罐较优体积为15 m^(3),停泵后减压阀采用120 s一段直线关闭.由于减压阀后设置调节池,相继关阀和同时关阀对结果影响较小.研究结论为同类供水工程的设计和安全运行提供了参考.

摘要： 针对“V”形长距离、高落差的重力流输水工程中的关阀水锤问题,文中以吉林省某供水工程为背景,采用特征线法,建立了包括管道、阀门在内的全系统水力过渡过程数学模型,通过数值计算,模拟工程关阀时的管道水锤,并提出了防护关阀水锤的方法。通过3种不同关阀方案的对比分析,最终确定较优的阀门关闭时间为300 s。文中研究成果为保障工程运行安全提供了依据,也为同类重力流供水工程的关阀水锤防护和设计提供了借鉴和参考。

摘要： 水锤计算是长距离供排水管道设计的重要内容。本文依托引江济淮工程(安徽段)派河截污导流水质保护工程主干线加压段埋地管道为背景,通过瞬变流计算中常用的特征线法建立全系统的水力过渡过程水力模型,提出系统水锤作用引起的非正常运行最不利参数,并采用有效的水锤防护措施,研究结论为同类的供排水工程的设计和安全运行提供了参考。

摘要： 双指数爆破荷载的应力时程关系是爆破工程的数值分析常用的动力输入.其在弹性岩石中传播衰减的特征线法解是工程爆破数值分析中弹性以及弹塑性分析的重要参照;也是动力学数值分析算法开发的重要高阶校准工具.本文应用统一弹性波的特征线法解求解源自圆形孔洞的双指数爆破荷载在理想介质中的传播.介绍了源自圆形孔洞的双指数爆破荷载在周围弹性介质传播过程中的径向应力、周向应力、位移以及速度波的特征线法解的具体过程,在MATLAB中进行了四种波的特征线法解的数值实施.对径向应力、周向应力、位移以及速度波的特征线法解的结果进行了众多方面的讨论.结果表明特征线法是求解双曲型偏微分方程的一种有效方法,双指数爆破荷载在弹性岩石中传播衰减的特征线法解可为爆破工程数值分析以及动力学数值分析算法开发提供重要的支撑.

摘要： 本文根据面向对象的数据结构思想,提出了一种简洁的单元节点信息化系统,在所进行的特征线法求解超声速钝头体流场的算例中,通过针对每个单元节点设置具有内点、壁面点、激波点以及邻近激波点的属性,可以使程序自动适应复杂流场结构,这种自动化的处理将可以大大减轻在计算工况发生变化时,修改程序的工作量,从而缩短程序的调整时间,提高程序的适应性和运行效率.辅以计算区域函数关系式的应用,程序还可以针对指定区域的计算,由此可以控制网格总体规模,大幅节省计算时间.

摘要： 本文针对管路水锤现象进行了试验研究,并分别基于一维特征线法和三维CFD进行了数值分析.基于特征线法对水锤方程分析时,计算结果只能较准确的获得初始水击压力,而对波动周期和水锤波衰减性无法正确预测.三维CFD通过考虑液体的可压缩性和通过UDF控制阀门的快速关闭实现对水锤现象的分析.同时对影响模拟结果的因素进行研究发现,时间步长大小对水锤波的衰减性影响很大.CFD模拟结果与试验结果高度吻合,而且获得了内流场压力波的可视化记录.

摘要： 在恒定流计算中根据不同管材采用相应的糙率,结合各管段之间的平面转角、纵向转角、变径管、伸缩节等局部水头损失,分别求出此段的综合水力摩阻参数λ;在瞬变流计算中运用有压管道水击方程、水泵机组惯性方程、水泵特性曲线和冷却水凝汽器相容方程,用特征线法对某核电站直流循环水系统典型工况的瞬变流进行数值分析计算.主要计算了断电停泵工况下防水锤措施及前池水位波动情况,启泵安全间隔时间等,为核电站安全稳定运行提供了技术依据.

摘要： 基于拉格朗日描述的特征线法在计算效率、数值稳定性传统方法的误差主要来源于Deutsch假设，通过迭代修正的方式改善计算结果。基于欧拉描述的网格类方法（Galerkin方法）求解对流占优问题时现数值振荡。采用Petrov-Galerkin方法能够充分考虑流体的流向特征具有高的计算精度。

摘要： 利用二维数值模拟方法研究了基于特征线法(MOC)单边膨胀喷管设计方法中设计参数喉部流动角α与膨胀角系数f对喷管特性的影响,计算结果表明:在设计点下特征线法所设计的单边喷管都能获得较好的性能,其中推力系数在0.992附近,矢量角在±1°范围内,此时喷管性能与设计参数无关;而在非设计点下,特征线法所设计的单边膨胀喷管特性表现因设计参数而异,在过膨胀状态下喷管推力系数相差可达7.7％.在运用特征线法设计单边膨胀喷管时,需对设计参数合理选取.

摘要： 本文以特征线法为基础,采用“多点固定完全断流型空腔数-理模型”,通过分析得到清管器移动边界条件方程和出口阀门边界条件方程,进而对复杂地形下管道试压后清管器的扫水过程进行数值模拟计算.将数值模拟结果与现场数据对比,检验了本文提出的计算模型的正确性和准确性.通过该计算模型,可以较准确地预测在清管器扫水过程中是否会发生爆管以及发生爆管的位置,并且得到导致管道爆裂的瞬时高压的定量值.

摘要： 采用特征线法设计了内收缩段消除激波反射、出口参数均匀可控的基准曲面内锥流场.基于基准内锥流场和流线追踪、型线融合技术,获得了两类进口异型、出口圆形的截面渐变式三维内转进气道.采用数值方法对设计的进气道进行了研究,分析了进气道的常规特性和自气动特性.研究结果表明设计状态进气道具有较高的流量捕获率及总压恢复特性、进气道出口流场分布均匀.

摘要： 本文介绍了改进的特征线法及其相关的特征线方程组和差分格式.由于引进了熵变的影响项,因此该方法可以用于求解等熵问题.本文应用该方法求解了球形TNT炸药一维球对称水下爆炸问题,得到了冲击波峰值压力的曲线.在6～30倍炸药球半径范围内,将该结果与经验公式的结果作比较,结果显示其误差小于10.2％.根据计算结果,本文还给出了初始位置位于6倍和15倍药球半径处的质点压力与时间的关系曲线,它们与经验公式的结果非常符合.这些比较结果说明改进的特征线法能够处理一维球对称水下爆炸问题并取得较好的计算结果.

摘要： 压力波动预止阀作为一种新型防水锤阀门,可在事故停泵过程中管道内首次出现压力下降时便打开,让返回的水锤波顺畅地没有阻碍地排放,以至消除高压水锤,因此,在高扬程泵站中的水锤防护中得到较广泛应用.本文采用特征线法,通过构建压力波动预止阀的数学模型,结合宁夏地区某高扬程泵站,详细分析了压力波动预止阀的关闭特性对水锤防护效果的影响.结果表明,压力波动预止阀的关闭特性选择为减速变化曲线,可防护的系统最高压力最小,最低压力最大,从而越有利于水锤防护.本文的研究结果对使用压力波动预止阀进行高压水锤防护的输水泵站,具有重要参考价值.

摘要： 一种基于双谱线特征的标准温度法，涉及热等离子体温度测量领域。该方法通过分光系统将焊接电弧分成两个相同的待测目标，再用高速相机和窄带滤光片分别测量两束电弧弧光，并得出原子谱线和一次电离谱线。为了克服相机暗电流、光子溢出等因素带来的误差，同时又需要在一次曝光中保证两幅电弧窄带图像的成像质量，两幅图像中最高光强值应均不低于相机最大测量范围的50％。测量中，应将两幅电弧窄带图像最高亮度值控制在最大曝光量的80‑90％。利用ML‑EM迭代重建算法还原为三维电弧发射系数场。该发明采集的两幅图像具有良好的时间、空间一致性；完成电弧的高、低温区自动判别，解决了单谱线测量过程中无自动法判定电弧中心区域温度的问题。

摘要： 本发明公开了基于齿轮特征线统一模型的法向啮合齿廓测量与评价方法，包括：建立齿轮特征线统一模型；基于齿轮特征线统一模型测量法向啮合齿廓；定义法向啮合齿廓的评价指标；法向啮合齿廓偏差计算及齿面质量评定。该方法无需复杂公式的推导和复杂的坐标变化，根据齿轮特征线统一模型中齿轮特征线类型指示参数为3的情况下即可实现法向啮合齿廓的测量，简单、方便、易操作。该方法定义法向啮合齿廓的评价指标和符号：法向啮合齿廓总偏差、法向啮合齿廓形状偏差、法向啮合齿廓倾斜偏差。该方法可以计算得到齿面上测得法向啮合齿廓的各项偏差值；并依据上述偏差值来计算左右齿面的偏差允许的公差等级，进而评定齿面质量。

摘要： 本发明提供一种地形特征线的提取方法。所述方法包括：提取山脊线时，对采集到的数字高程模型的数据进行降采样处理，得到稀疏的地形数据；根据所述稀疏的地形数据，采用地表流水模拟分析法提取分水线；将所述分水线匹配到所述数字高程模型上，并在所述分水线周围设定一个邻域；将所述邻域内的位于所述分水线以外的山脊点进行标记，得到所述分水线的扩展地形区域；根据所述扩展地形区域的地形数据，对所述分水线进行修正。本发明能够提高提取结果的准确度。

摘要： 本发明提供的一种基于特征线法的组合几何中子输运处理方法及装置，该方法通过采用归并方式将几何区域转化为几何逻辑表达式，并将几何逻辑表达式划分为简单逻辑表达式和复杂逻辑表达式；当几何逻辑表达式为简单逻辑表达式，则采用短路法对简单逻辑表达式进行计算，得到逻辑表达式结果；当几何逻辑表达式为复杂逻辑表达式，则采用调度场算法对复杂逻辑表达式进行解析得到逆波兰表达式，并对逆波兰表达式进行解析计算，得到逻辑表达式结果；最后基于逻辑表达式结果，判断任意中子坐标点与复杂几何区域的包含关系并对中子进行射线追踪，以提高几何传递灵活性和射线追踪效率，同时提高了程序的可维护性。

摘要： 本发明公开了适应现代超级计算机硬件架构的特征线法多级并行方法，包括：对反应堆堆芯利用特征线MOC计算求解中子标通量分布和keff；特征线法MOC计算包括空间、角度、特征线、能量四个维度；将空间、角度、特征线、能量四个维度的并行度映射到现代超级计算机向量化、多核化和集群化复杂硬件架构上；首先进行空间区域分解，空间区域分解并行通过消息传递并行编程模型MPI并行编程模型实现；然后进行角度和特征线区域分解，角度、特征线两个维度的并行度合并使用，通过OpenMP模型展开多级嵌套循环实现；最后进行能群并行向量化处理，能量维度的并行度通过SIMD模型实现。本发明方法计算效率和超级计算资源的利用率。

摘要： 本发明涉及一种三维中子输运特征线法的负载均衡并行方法，该方法根据几何的对称性，计算出需要考虑的角度数量，并计算每个角度下周期性轨迹或反射性轨迹的数量和长度，根据周期性或反射性轨迹的长度、进程数量以及轨迹的数量，计算出每个进程的负载，对各进程分别进行射线追踪，并根据几何网格信息、材料数据、射线追踪完成后的线段信息，迭代求解特征方程。本发明将周期性轨迹和反射性轨迹完整地分配给线程，可以高效地分配并行任务，保证负载平衡，消除进程间的点到点通信。

摘要： 一种基于特征线法的多重并行方法，对反应堆堆芯每层进行径向MOC的非均匀计算后，均匀化得到栅元的分层均匀化截面，进行三维输运计算，而后更新径向MOC的非均匀计算的轴向泄漏项，直至迭代收敛；本发明方法同时分析空间、角度和特征线各自并行效率对总并行效率的影响方式，确定多重并行的优化方案。

摘要： 本发明公开了一种面向异构众核架构的并行特征线法输运扫描方法及装置，适用于采用区域分解并行算法和特征线法的中子输运计算系统，本发明方法包括：采用MPI非阻塞通信的方式，将中子输运特征线法的输运计算和相邻进程间通信进行重叠优化，使得输运计算和进程间通信在运行时间上至少部分重叠；当主机端和加速卡设备端进行协同计算时，采用多流异步调用的方式，实现所述设备端上的输运计算和所述主机端与设备端之间的数据拷贝在运行时间上的重叠；其中，所述流指的是在设备端上一个以预设顺序执行的操作队列。本发明可有效提高大规模并行特征线方法中子输运计算软件系统的并行效率。

摘要： 本发明涉及一种适应于多堆型几何及特征线法的构造实体几何建模方法，包括(1)定义几何单元以及几何单元的布尔运算，并给出几何输入数据的描述方式；(2)设计读取输入文件的接口，将输入文件中的各个几何单元抽象成面向对象的数据类型，进行几何建模；(3)根据构建的几何模型，实现点所在的最底层材料元的查找，并实现平源近似区的生成。本发明可以根据指定的输入规则描述出不同堆型反应堆的几何结构，并通过接口将几何模型存储为面向对象的数据，并可以为后续使用特征线法求解中子输运方程完成几何预处理操作。

摘要： 本发明涉及一种三维中子输运特征线法的负载均衡并行方法，该方法根据几何的对称性，计算出需要考虑的角度数量，并计算每个角度下周期性轨迹或反射性轨迹的数量和长度，根据周期性或反射性轨迹的长度、进程数量以及轨迹的数量，计算出每个进程的负载，对各进程分别进行射线追踪，并根据几何网格信息、材料数据、射线追踪完成后的线段信息，迭代求解特征方程。本发明将周期性轨迹和反射性轨迹完整地分配给线程，可以高效地分配并行任务，保证负载平衡，消除进程间的点到点通信。