[发明专利]一种平头孔板初生空化数确定方法

权利要求书

1.一种平头孔板初生空化数确定方法，其特征是，一种平头孔板初生空化数确定方法具体采用如下步骤：

步骤一、确定影响初生空化数σ_i的因素，包括管道水流雷诺数Re，孔板直径d与泄洪洞直径D的比值β，孔板厚度T与泄洪洞直径D的比值α；

步骤二、基于RNG k-ε模型建立水流通过平头孔板的数值模拟模型；

步骤三、基于RNG k-ε模型确定初生空化数σ_i的计算方法；

步骤四、对数值模拟结果进行分析拟合，确定初生空化数σ_i与影响初生空化数σ_i的因素之间的经验表达式。

2.根据权利要求1所述的一种平头孔板初生空化数确定方法，其特征是，步骤一中确定影响初生空化数σ_i的因素具体为：初生空化数的定义公式为

σ_i＝(p_∞-p_v)/(0.5ρu²)(1)

其中，p_∞是指孔板初次发生空化时孔板前面未扰动断面的临界压强，p_v是水流的饱和蒸汽压，ρ是流体的密度；u是泄洪洞水流的平均流速；

由于空化首先发生在压强最低处，如果认为空化初生时气泡内充满着水汽，此时p_v应该等于孔板后的最低压强p_min，式(1)也可表达成

σ_i＝(p_∞-p_min)/(0.5ρu²)(2)

由于以上参数都是独立变量，且这些独立变量也是(p_∞-p_min)的函数，因此可以得到

p_∞-p_min＝f(D，d，T，ρ，μ，u)(3)

式(3)可以改写成

(p_∞-p_min)/(0.5ρu²)＝f(d/D，T/D，uDρ/μ)(4)

结合式(1)和式(4)，可以得到

σ_i＝f(β，a，R_e) (5)

其中Re＝uDρ/μ为管道水流雷诺数，β＝d/D为孔板直径d与泄洪洞直径D的比值(孔径比β)；a＝T/D为孔板厚度T与泄洪洞直径D的比值(厚径比α)。

3.根据权利要求1所述的一种平头孔板初生空化数确定方法，其特征是，步骤二中基于RNG k-ε模型建立水流通过平头孔板的数值模拟模型具体为：

(1)水流通过平头孔板的数值模拟模型包括以下控制方程：

连续方程：

动量守恒方程：

k-方程：

ε-方程：

其中：x_i(＝x，y)为轴向及径向方向坐标，u_i(＝u_x，u_y)为轴向或径向方向的水流速度，ρ是流体的密度，p为压强，v为水流动力粘度，v_t是涡粘度，v_t＝C_μ(k²/ε)，k表示湍流动能，ε为湍流动能耗散率，C_μ＝0.085，其他参数取值分别表示为η＝Sk/ε，C₁＝1.42，η_o＝4.377，λ＝0.012，C₂＝1.68，α_k＝α_ε＝1.39；

(2)水流通过平头孔板的数值模拟模型的边界条件包括：入流边界、出流边界、对称轴边界以及壁面边界，各边界条件的处理方法是：入流边界条件有入流平均流速、湍流动能分布、湍流动能耗散率分布，它们的数学表达式分别为u_in＝u₀，k＝0.0144u₀²，ε＝k^1.5/(0.5R)，其中u₀为入口平均流速，R为泄洪洞半径；出流边界处理方法为假定出流得到充分发展；对称轴边界的处理方法是假定径向速度为0，而且各变量沿径向的梯度也被认为是0；壁面边界的处理方法为边界层流中采用了无滑移假定，壁面边界速度与边界节点的速度分量相等。