控制管流水鎚效應之最佳閥門關閉行程研究
Date Issued
2004
Date
2004
Author(s)
DOI
922212E002053
Abstract
一個穩定的管流往往因為管路元件的操
作，譬如閥門的關閉、幫浦的啟動等因素而
引發管內流體流動狀況之改變;此改變通常
會造成流場壓力突增(pressure surge)，並以波
動的形式在管路中來回傳遞振盪，直至能量
為管路摩擦因子耗盡為止，此稱之為水鎚現
象(waterhammer)。嚴重的水鎚效應不但會產
生噪音，而且會毀損管路中的元件以及破壞
管路的結構;因此，水鎚的控制在管路設計
與管流操控分析上是一個相當重要而不容忽
視的課題。本計畫以閥門關閉所引生之水鎚
壓力波為例子，運用最佳控制理論(optimal
control theory)的策略來求得最適當的閥門關
閉行程(valve closing schedule)，使水鎚現象
得 以有效的控制。計畫中首先建立一評量水
鎚效應與流量損失之量度積分式(measuring
functional)，滿足流場運動方程式且同時使此
積分式之值為極小之函數即為欲求之最佳閥
門關閉行程。為求得此最佳函數，本計畫應
用變分法(calculus of variations)將結合流場運
動方程式之量度積分值最小化問題轉換成一
組偏微分方程式(Euler-Lagrange equations)，
再以數值計算法得出其解。所得出之結果將
與其他不同閥門關閉行程所產生之水鎚效應
做比較，以驗證其最佳性。在學理上，本研
究成功的將系統動力學中之最佳控制理論應
用於數學模式為偏微分方程形式(PDE)之流場
運動上。在實際應用上，本研究以嚴謹的數
學理論為出發點，從而建立了一控制水鎚效
應的最佳閥門關閉行程模式，此結果可作為
日後閥門設計或管流操控的參考依據。
Subjects
水鎚
最佳控制
變分法
最佳閥
門關閉行程
門關閉行程
Publisher
臺北市：國立臺灣大學機械工程學系暨研究所
Type
report
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Name
922212E002053.pdf
Size
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