[发明专利]一种一维输水系统与三维水库水力瞬变联合仿真计算方法

权利要求书

1.一种一维输水系统与三维水库水力瞬变联合仿真计算方法，其特征在于：包括步骤如下：

步骤一，确定耦合交界面位置；

取交界面到进出水口扩散段的多种距离L，采用三维CFD方法分别计算每种距离对应的水库三维流态，绘制距离-流量不均匀系数及距离-流速不均匀系数曲线，得到能使流量、流速不均匀系数保持稳定的最小距离L₀，从而确定交界面位置；

步骤二，建立一维输水系统模型及三维水库模型；

根据确定的交界面位置，将输水系统划分为两部分，没有包含水库的部分采用一维建模，构建一维输水系统模型，包含水库的部分采用三维建模，构建三维水库模型；

步骤三，确定瞬态过程计算时间步长；

步骤四，计算T＝0时的初始时刻，交界面流量和压力的初始值Q_1D和P_1D；

步骤五，瞬态过程计算，完成当前时刻计算；

步骤六，当TT_t成立，则认为计算完成，否则，T＝T+Δt_1d，返回步骤五，其中，T_t为设定的瞬态过程模拟时间，Δt_1d为一维计算时间步长。

2.根据权利要求1所述的一维输水系统与三维水库水力瞬变联合仿真计算方法，其特征在于：所述步骤三中，根据一维管路系统最短管至少离散为3段的原则确定一维计算时间步长Δt_1d，根据三维计算库朗特数小于1的原则确定纯三维计算时间步长Δt'_3d，存在正整数N，使得

NΔt′_3d≥Δt_1d(N-1)Δt′_3d

取其中，Δt_3d为一维输水系统与三维水库水力瞬变联合仿真所采用的三维计算时间步长。

3.根据权利要求2所述的一维输水系统与三维水库水力瞬变联合仿真计算方法，其特征在于：所述步骤四中，具体步骤如下：

(1)、建立输水系统全一维模型，进行恒定流计算，得到交界面处流量Q_1D，以Q_1D作为交界面边界条件，进行三维流场计算；

(2)、三维流场计算完成后，采用三维计算程序的UDF功能将交界面上的流量Q_3D和压力P_3D存储在数据库中；

(3)、一维计算程序访问数据库，读取压力P_3D，并以P_3D作为边界条件，进行一维恒定流计算，计算完成后，一维计算程序将交界面上的流量Q_1D和压力P_1D存储在数据库中；

(4)、判断|P_1D-P_3D|ε是否成立，其中，ε是迭代容差率，若成立，则初始值计算结束，否则进行下一步；

(5)、利用三维计算程序的UDF功能读取存储在数据库中的交界面流量Q_1D，并以Q_1D作为交界面边界条件，进行三维流场计算；

(6)、重复步骤(2)-(5)，直到计算结束。

4.根据权利要求3所述的一维输水系统与三维水库水力瞬变联合仿真计算方法，其特征在于：所述步骤五中，假设上一时刻T＝(k-1)Δt_1d计算完成，当前时刻计算步骤如下：

(1)、给定当前时刻T＝kΔt_1d；

(2)、以上一时刻计算结果作为边界条件，一维计算程序计算一个时间步，即第k步计算；

(3)、一维计算程序将交界面上的流量Q_1D(k)和压力P_1D(k)存储在数据库中；

(4)、利用三维计算程序的UDF功能读取存储在数据库中的交界面流量Q_1D(k)，并以Q_1D(k)作为交界面边界条件，三维计算程序进行第k步三维流场计算，将交界面上的流量Q_3D(k)和压力P_3D(k)存储在数据库中；

(5)、一维计算程序访问数据库，读取交界面上的压力P_3D(k)；

(6)、判断|P_1D(k)-P_3D(k)|ε是否成立，其中，ε是迭代容差率，若成立，则当前时刻计算完成，进行下一时刻计算，否则进入步骤(7)；

(7)、以P_3D(k)作为边界条件，一维计算程序计算一个时间步；

(8)、重复步骤(3)-(7)，直到当前时刻计算完成。