| 作者 |
| 简新平 张红光 董卫 |
| 丛书名 |
| 出版社 |
| 科学出版社 |
| ISBN |
| 9787030578013 |
| 简要 |
| 简介 |
| 内容简介 本书共八章，主要包括水电站非恒定流数值计算的理论和数学基础、程序设计技术、典型差分格式及程序设计、动力渠道涌波问题数值计算及程序设计、水电站调洪演算的数值解法及程序设计、调压室水位波动数值计算及程序设计、压力管道水击的数值计算及程序设计等内容。 首先，本书希望把水电站非恒定流在理论上的来龙去脉讲清楚，并介绍了必要的数学知识。其次，介绍了ExcelVBA程序设计基础，鉴于Excel的广泛应用及强大功能，经过对算例的学习，即可快速把握一般数值计算所需要的计算机基础；而如果不想写代码，本书介绍的MATLAB/Simulink也是不错的选择。最后，本书重点阐述了有限差分法、特征线法等数值方法在水电站非恒定流计算中的具体应用和程序设计。除绪论外，本书在每一章都给出了算例和程序代码？并给出了详细的注释。 |
| 目录 |
| 前言第1章 绪论 11.1 水电站的非恒定流问题 11.2 水电站非恒定流问题的研究方法 31.3 数值计算的方法 ．41.4 水电站非恒定流数值计算的特点 51.5 本书的主要内容 51.6 本章小结 6第2章 水电站非恒定流问题的理论分析和数学基础 72.1 水电站非恒定流问题的理论分析方法 72.2 水电站非恒定流数值计算的数学基础 122.3 本章小结24第3章 水电站非恒定流数值计算程序设计技术 253.1 水电站非恒定流数值计算采用Excel VBA的理由253.2 数值计算需要的Excel VBA语言基础 263.3 数值计算中Excel VBA输入和输出的技巧 383.4 水电站非恒定流数值计算的有效下具-Simulink 413.5 Simulink数值建模 433.6 综合应用实例 643.7 本章小结67第4章 典型差分格式及程序设计 684.1维线性平流方程 684.2 显式差分格式 84.3 显式差分格式的程序设计与分析 714.4 隐式差分格式 874.5 隐式差分格式的解法 884.6 关于差分格式的讨论 924.7 本章小结 92第5章 动力渠道涌波问题数值计算及程序设计 935.1 水电站的动力渠道及其水力计算 935.2 圣维南(Saint-Venant)方程 965.3 扩散差分格式 985.4 蛙跳格式 1025.5 Lax-Wendroff格式 1045.6 半离散化格式 1085.7 bott隐式格式 1125.8 Preissmann隐格式 1155.9 初始水面线的变步长加速迭代算法 1225.10 动力渠道涌波的算例及程序设计 1285.11 本章小结 136第6章 水电站调洪演算的数值解法及程序设计 1376.1 调洪演算的原理 1376.2 调洪演算的数值解法算例及程序设计 1376.3 本章小结 143第7章 调压室水位波动数值计算及程序设计1447.1 调压室水位波动的基本方程 1457.2 调压室水位波动的算例及程序设计 1477.3 本章小结 158第8章 压力管道水击的数值计算及程序设计 1608.1 水击计算的基本方程式 1618.2 特征线方程及特征方程组1618.3 特征方程组的求解 1638.4 边界条件 1658.5 水击计算的特征线法算例及程序设计 1718.6 综合算例1898.7 本章小结 194参考文献 195 书摘 《水电站非恒定流数值计算及程序设计》： 第1章 绪论 1.1 水电站的非恒定流问题 从集中水头、形成落差的方式不同来分类，水电站常分为坝式和引水式(徐招才和刘申，1994)。其中，坝式水电站通过修建大坝来抬高水头，形成落差，如图1.1所示。 图1.1 坝式水电站示意图 引水式水电站通过引水来集中水头，形成落差。根据引水建筑物中水流流态的不同，引水式水电站又可以分为无压引水式水电站和有压引水式水电站(徐国宾，2012)，如图1.2、图1.3所示。 图1.2 无压引水式水电站 图1.3 有压引水式水电站 当水电站的引用流量发生改变时，水电站的引水系统将产生非恒定流。例如，坝式水电站在水轮机改变流量时，压力管道将产生水击现象。图1.4就是在某水电站水轮机减少流量的过程中，压力管道产生水击，压力水头随时间变化过程。而引水式水电站在水轮机改变流量时，除压力管道产生水击现象外，无压引水式水电站的动力渠道还将产生涌波现象(王达邦，1983)，有压引水式水电站的隧洞和调压井将产生引水道-调压室水位波动现象。图1.5是某引水式水电站加大流量过程中，动力渠道发生负涌波，沿程水深随时间变化过程。 图1.4 某水电站水轮机减少流量过程中压力管道水头随时间变化过程 图1.5 某引水式水电站加大流量过程中动力渠道水深随时间变化过程 压力管道的水击现象，动力渠道的涌波现象，引水道-调压室的水位波动现象，可以统称为水电站的非恒定流问题。非恒定流是水电站运行过程中经常出现的现象，也是一种非常复杂的水力现象。但是，非恒定流计算的结果又是水电站引水系统设计和校核的依据。因此，研究水电站的非恒定流问题非常有必要。 1.2 水电站非恒定流问题的研究方法 现代水利水电工程技术的研究方法，一般有四种:理论分析、模型试验、数值计算、原型观测。 1.2.1 理论分析 理论分析从普遍的物理规律出发，通过严密的数学推导，得出具有普遍适用性的方程或公式，应用于工程计算和设计。因此，理论分析具有逻辑严明、计算准确等优点，而且理论分析的结论一般具有普遍适用性。另外，理论分析主要依赖研究人员的理论推导和计算，所以成本较低。但是，客观世界往往是多维的、非线性的，水利水电工程也不例外。理论分析推导的结果，常常将水利水电工程中多维的、非线性的问题归结为偏微分方程组。而这些偏微分方程组，目前一般还不能得到其解析解。 水电站的非恒定流问题，在空间上虽然可以简化为一维问题，但是水力要素还与时间有关。因此，理论上，水电站非恒定流问题也常归结为与长度和时间有关的偏微分方程的求解问题。除了简单情况或者经过大量简化的条件下，水电站非恒定流问题一般没有解析解。 总之，理论分析虽然具有成本低、结论具有普遍适用性等优点，但是对于复杂实际问题还不能给出最终答案。尽管如此，理论分析给出的结论和方程，却是模型试验和数值计算等研究方法的基础。 1.2.2 模型试验 模型试验以量纲分析和相似律为基础，通过观测模型物理规律和数据，最终将试验成果和结论应用到实际工程中去(吴持恭，2008)。模型试验可以解决理论分析不能解决的问题，但是一般只能给出特定条件下定量的结果。模型试验依赖于特定的设备和试验条件，费用一般也比较高。有些问题由于复杂性较高，模型试验也会存在困难。水电站非恒定流模型试验就比较困难。例如，水电站压力管道内发生水击时，水击波的传播速度往往在1000m/s左右，如果做模型试验，压力管道模型既要满足尺寸、糙率等相似条件，又要满足水击波速的相似条件，这导致很难找到合适的模型材料。再如，动力渠道的涌波问题，由于渠道内的水深和流速随着时间在不停变化，记录同一时刻渠道各断面的水深流速也是比较困难的。 . 随着技术的进步，试验设备越来越先进，已有研究者对水电站非恒定流进行了模型试验，试验成果对于理论和计算结果的验证，以及促进理论和数值计算方法的发展和进步起到了重要的作用。 1.2.3 数值计算 数值计算从偏微分方程出发，通过在时间和空间上离散问题的求解域，将复杂的、非线性偏微分方程离散为一系列的代数方程，最终通过求解代数方程得到偏微分方程的数值解(汪德爟，2011)。 数值计算是水电站非恒定流问题的有效求解方法。它克服了理论分析和模型试验的缺点，又充分利用了理论分析得到的数学模型和结论，还使用了模型试验得到的参数。在条件允许时，数值计算的一些结果还可以通过模型试验来验证。 …… |