泵站进水池与进水流道数值模拟研究

摘要

进水池与进水流道是泵站工程的重要组成部分,是泵站前池和叶轮室之间的过渡段,承担着水泵进口流场的整流作用,使水流更好地转向和加速,尽量满足水泵叶轮室进口所要求的水力设计条件。进水流态不良将直接导致叶轮室内的流态不良,发生脱流、漩涡等现象,从而增加泵内水力损失、降低效率和汽蚀性能。因此,了解进水池与进水流道对泵运行特性的影响就显得十分的必要。 本文运用三维紊流数值模拟,比较全面地研究了泵站进水池与进水流道内部水力性能。采用标准紊流模型对泵站进水池进行数值模拟研究,提出了泵站进水池优化的目标函数,获得了三维基本流态,分析了泵站进水池设计参数对水力性能及流态的影响,提出进水池设计的控制尺寸。采用重整化群紊流模型(RNG)对肘形进水流道和钟形进水流道进行数值模拟研究,得到了两种基本类型进水流道的内部基本流态和压力分布规律。通过对不同工况进水流道的计算,获得了内部三维流动特性,预测了水力性能,分析了特征工况与内流场的联系,提出叶轮名义高度控制参数。通过与已有实验成果比较表明本文计算结果是可信的。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：主要符号表

声明

1绪论

1.1研究的背景和意义

1.2文献综述及国内外研究现状

1.2.1泵站进水池研究

1.2.2泵站进水流道研究

1.3本文主要研究内容

2三维湍流模型的建立及控制方程组的离散

2.1控制方程

2.1.1基本方程

2.1.2湍流控制方程

2.2湍流数值模拟概述

2.3湍流模型

2.3.1标准k-ε双方程模型

2.3.2 RNG k-ε双方程模型

2.3.3 Realizable k-ε双方程模型

2.4控制方程组的离散与求解

2.4.1控制方程组的离散

2.4.2离散方程的压力一速度耦合的处理

2.4.3压力一速度修正方程的建立

3泵站进水池数值模拟

3.1开敞式进水池主要参数

3.2边界条件

3.3网格剖分

3.4水力性能优化目标

3.5进水池基本流态分析

3.6不同流量下的进水池流态及水力损失比较

3.7进水池几何参数对水力性能的影响

3.7.1池宽

3.7.2悬空高

3.7.3后壁距

3.7.4平面形状

3.7.5最优方案进水池

3.8 PIV实验验证

3.8.1实验装置

3.8.2 3D-PIV测量系统

3.8.3 3D-PIV测量区域

3.8.4数值计算结果与3D-PIV测量结果比较

4泵站进水流道数值模拟

4.1泵站肘形进水流道数值模拟

4.1.1肘形进水流道主要参数

4.1.2边界条件

4.1.3网格剖分

4.1.4肘形进水流道基本流态分析

4.1.5不同工况下肘形进水流道流态及水力性能

4.1.6肘形进水流道数值模拟结果与试验数据的比较

4.2泵站钟形进水流道数值模拟

4.2.1钟形进水流道主要参数

4.2.2边界条件

4.2.3网格剖分

4.2.4钟形进水流道基本流态分析

4.2.5不同流量下的流态及水力损失比较

4.2.6钟形进水流道叶轮名义高度

5结论

5.1研究工作总结

5.2有待进一步研究的问题

致谢

参考文献

附录