3.2.2 不同管道壁厚对管道压力及振幅的影响

不同管道壁厚的情况下，弯头中心截面底部VonMiser应力-时间变化图如图7所示。

图7 弯头中心截面底部Von Mises应力-时间变化图

从图7中可以看出，应力值的变化随弯头中流体的压力波动先波浪上升后下降的趋势，并在每个下半周期达到峰值。最初阶段，不同壁厚的管道上的Von Miser应力相差不大。之后，三者之间的差别逐渐明显。在t = 0. 047 s附近，各个厚度下的弯管均达到峰值，壁厚越厚刚度越高，峰值应力越低。

弯头中心截面顶部振幅-时间变化图如图8所示。

图8 弯头中心截面顶部振幅-时间变化图

从图8可以看出，管道壁厚对振幅变化趋势没有影响，均呈现不断攀升再降低的趋势。壁厚越薄，刚度越低，振幅就越大。

3.3 初始流速对水锤现象动态响应的影响

根据刚性理论，水锤效应产生的最大水锤压力与初始流速有着直接的关系。

3.3.1 初始流速对流体域的影响

不同初始流速的情况下，弯头中心点处流体压力-时间变化图如图9所示。

图9 弯管中心处流体压力-时间变化图

从图9中可以看出，流速不影响水锤压力的变化周期及趋势，但会影响水锤压力的大小。流速越大，产生的水锤压力越大。

3.3.2 初始流速对管道压力及振幅的影响

不同初始流速的情况下，绘制弯头中心截面底部Von Mises应力-时间变化图如图10所示。

图10 弯头中心截面底部Von Mises应力-时间变化图

从图10中可以看出，初始流速越大，系统整体的初始能量越大，阀门关闭后，产生转换为水锤压力的能量越大，进而使管道形成更大的Von Mises应力。流速大小不改变应力变化的整体趋势。

弯头中心截面顶部的振幅-时间变化图如图11所示。

图11 弯头中心截面顶部振幅-时间变化图

从图11中可以看出，流速越大时，引起管束振动的能量越大，振幅也越大。振幅的整体变化趋势均为先增大，再降低。

3.4 阀门关闭时间对水锤现象动态响应的影响

阀门关闭时间的缓急直接影响水锤压力峰值的大小，必定会进一步影响管道动态响应特性。

3. 4.1 不同阀门关闭时间对流体域的影响

不同阀门关闭时间的情况下，弯头中心点处流体压力一寸间变化图如图12所示。

从图12中可以看出，随着阀门关闭时间的延长，峰值压力不断降低。随着阀门关闭时间的增加，弯管中心处流体压力波动曲线周期也不断加长。阀门关闭时间越短，峰值压力稳压时间越长。

图12 弯管中心处流体压力-时间变化图

3.4.2 不同阀门关闭时间对管道压力及振幅的影响

不同阀门关闭时间的情况下，弯头中心截面底部Von Mises应力-时间变化图如图13所示。

图13 弯头中心截面底部Von Mises应力-时间变化图

从图13可以看出随着阀门关闭时间的增加，弯管的Von Mises应力峰值急剧减小，变化也越来越平滑，峰值压力的达到时间也越长。

弯头中心截面顶部振幅-时间变化图如图14所示。

图14 弯头中心截面顶部振幅-时间变化图

从图14可以看出，随阀门关闭时间的增加，振幅峰值降低。同时，阀门关闭时间越大，达到峰值所需时间越长。

4 结论

课题组对基于建立的模型进行影响因素研究，得出如下结论:

1)阀门关闭后，管内流体往复流动，压力过程呈类正弦变化。管道上应力最大点应力呈分段上升趋势，在下半个周期内达到最大值。弯管振动最大点的振幅，则呈现逐渐上升再回落的趋势;

2)气体体积分数在0. 00%~1.40%内，流体中气体体积分数越高，形成的水锤峰值压力也越低，弯管上Von Mises应力也越小，振动幅度也越小;

3)管道壁厚越大，形成的水锤压力越大，管道上的Von Mises应力越小，振动幅度越小;

4)管道中的初始流速越大，形成的水锤压力越大，管道上的Von Mises应力越大，振动幅度越大;

5)阀门关闭时间越长，形成的水锤压力越小，管道上的Von Mises应力越小，振动幅度越小。