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气液活塞泵数值计算的修正特征线法

全文5600余字 图文兼备

摘要：本文研究了气液活塞泵的运动机理，提出了一种用于定常振荡流数值计算的“修正特征线法”.在常规特征线法的基础上，通过将“时间修正因子”引入运动方程，不仅统一了变波速多介质段计算节点的特征线斜率，保证计算在矩形网格上进行，而且还在一定程度上提高了计算速度.文章推导了修正特征线法的特征型微分方程及差分方程：针对单介质管路和多介质管路分别提出了不同的处理方法；并在最后给出了气液活塞泵定常振荡流计算实例，与试验结果的对比一方面验证了“修正特征线法”计算变波速多介质段定常振荡流问题的优越性，另一方面也提出该方法在精度分析和敛散性方面尚需进一步研究.

关键词：修正特征线法 定常振荡流 气液活塞泵

　　气液活塞泵是一种免维修流体输送机械，由于气体和液体在泵内作类似固体活塞的往复运动，故称气液活塞泵.气液活塞运动属变波速两介质段定常振荡运动，目前普遍认为解决定常振荡问题最经济的方法是传递矩阵法，但对振幅较大的非线性定常振荡系统，传递矩阵法的线性化假定存在较大误差.特征线法在这方面有所改进，它对振幅大小无限制，并可对摩擦项采用二阶估算形式.因此在处理非线性度较强的瞬变流包括定常振荡流中，特征线法具有重要的应用价值.但是，特征线法在处理缓慢瞬变和短管瞬变时，其计算速度一般较慢.气液活塞泵内部存在着不同的介质区段，其密度和波速均不相同，若采用特征线法直接求解方程，将出现一种不规则的浮动网格，不能直接获得特定瞬间和特定截面上的信息.本文针对上述特点，将常规特征线法进行改进，利用“时间修正因子”α增加时间步长，提高计算速度.该法不仅可用于计算单介质、固定波速的管路非定常流，而且对于变密度、变波速的气液管路定常振荡运动同样适用，通过在不同的时空区段引入不同的α，保持矩形计算网格的稳定，在达到计算精度的前提下，简化了计算程序.“修正特征线法”拓展了特征线法在工程中的应用，本文重点讨论其在气液定常振荡流中的应用.

　参 考 文 献：
[1]怀利E B，斯特里特V L.瞬变流[C].清华大学流体传动与控制教研组译，北京：水利电力出版社，1983.2.
[2]索科洛夫Е Я,津格尔Н М.喷射器[C].黄秋云译,北京：科学出版社，1977.3.