长距离浆体管道瞬变流研究及其计算软件开发

论文摘要

固体物料长距离浆体管道水力输送是上世纪六十年代发展起来的一种新型的运输方式，八十年代引起国内研究人员的注意与重视。随着管道输送工程的发展，现代浆体输送管线工程设计对浆体瞬变流数值模拟提出了新要求。上世纪九十年代国内个别单位开始进行浆体管道瞬变流的研究。尽管单相流体管道瞬变流的各种计算方法已经较为成熟，但固液两相浆体管道瞬变流的研究还不充分，仍在发展中。虽然个别高校曾自行开发了计算软件，但出于各种原因没有公开发表。因此，本文进行浆体瞬变流计算商用软件的开发研究，并统一数据库模式，可以向各种工业物料输送管线提供计算服务，具有一定工程价值和实际意义。在研究过程中，本文完成了以下工作：1.给出了完整的Wasp摩阻损失计算方法及过程。另外还介绍了以Wasp法为基础的费祥俊计算方法，并将其计算结果与实测结果相比较，得出费祥俊法计算结果可信的结论。本文采用费祥俊法计算瞬变流摩阻。2.应用流体力学和固液两相流基本理论推导了浆体管道瞬变流的连续性方程与运动方程及相应的特征方程。在推导特征方程时，对比了现今常见的两种推导方法，分析了造成推导结果差异的原因。3.推导了多种常见的浆体输送管线边界条件。4.建立了具有一定开放性的浆体瞬变流计算数据库概念模式，详述了数据库的设计过程，并制作了实例。此数据库概念模式有利于日后元件库的建立，同时也方便用户对计算结果进行二次开发。5.采用Visual C++2008编写了具有完整的输入、输出及计算功能的瞬变流计算软件HydraulicTransport。在软件中使用了模块化设计，将关键的类声明、稳定流计算及瞬变流计算分别独立为三个动态连接库，方便软件更新及用户自定义计算方法。另外还引入多线程计算，明显提高了计算效率。在同一工况下，采用多线程计算后，计算用时约减少了7/8。6.将编写的瞬变流计算软件HydraulicTransport应用于某铁精矿浆体输送管线的计算，讨论了计算结果的可靠程度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 选题背景及意义
• 1.3 浆体管道输送的国内外应用及研究状况
• 1.3.1 国内外应用状况
• 1.3.2 国内外研究状况
• 1.4 本文研究目的及主要内容
• 1.4.1 研究目的
• 1.4.2 研究内容
• 1.5 工作的重点与难点及拟采取的解决方案
• 1.5.1 工作重点
• 1.5.2 工作难点
• 1.5.3 拟采取解决方案
• 第2章 理论推导
• 2.1 概述
• 2.2 建立方程所作假设
• 2.3 水击连续方程
• 2.4 水击运动方程
• 2.5 浆体水击特征方程及其离散化
• 2.5.1 推导方法一
• 2.5.2 推导方法二
• 2.5.3 两种推导方法的差异
• 2.5.4 离散方程
• 2.6 边界条件
• 2.6.1 与矿浆槽连接
• 2.6.2 与泵连接
• 2.6.3 与截止阀连接
• 2.6.4 变径管串联
• 2.6.5 与调压室连接
• 2.7 管道分段
• 2.7.1 确定压力波传播时间最短管道的最小分段数
• 2.7.2 确定系统内其它管道的最优分段数
• 2.7.3 确定各管道最优波速调整系数及时间步长
• 2.8 定常流水力坡度的计算
• 2.8.1 Wasp 法
• 2.8.2 费祥俊法
• 第3章 软件工程
• 3.1 概述
• 3.1.1 软件工程所使用的开发平台简介
• 3.1.2 软件工程概述
• 3.1.3 软件 GUI（图形用户界面）
• 3.2 数据库设计
• 3.2.1 为什么要采用数据库
• 3.2.2 数据库设计过程
• 3.3 软件工程所使用的资源
• 3.3.1 主菜单
• 3.3.2 弹出菜单
• 3.3.3 对话框
• 3.4 软件所使用类的功能、相互关系
• 3.5 关键流程
• 3.6 部分 GUI 功能的实现方法
• 3.6.1 同源多视图
• 3.6.2 个性化工具栏图标
• 3.6.3 弹出菜单
• 3.6.4 辅助线的绘制
• 3.7 动态链接库（DLL）的应用
• 3.7.1 静态链接库与动态链接库
• 3.7.2 使用动态链接库的好处
• 3.7.3 动态链接库在 HydraulicTransport 中的应用
• 3.8 多线程的应用
• 3.8.1 进程与线程
• 3.8.2 利用 MFC 实现多线程
• 3.8.3 线程间的通信
• 3.8.4 线程的同步
• 3.8.5 HydraulicTransport 瞬变流并行计算的实现方法
• 3.8.6 采用多线程对计算效率的影响
• 3.8.7 发布版（Release）应用程序的调试方法
• 第4章 工程算例
• 4.1 概述
• 4.2 稳定流计算结果及分析
• 4.3 瞬变流计算工况及计算结果分析
• 4.3.1 瞬变流计算工况
• 4.3.2 计算结果分析
• 4.4 总结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A（攻读学位期间所发表的学术论文目录）