一体化泵站水力性能CFD研究

发布时间：2018-01-03 16:07

本文关键词：一体化泵站水力性能CFD研究　出处：《扬州大学》2016年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：传统的混凝土泵站投资大,建设周期长,消耗人力物力多,且占地面积大,不利于美观的要求。一体化预制泵站凭借着机动灵活,泵站建设周期极短,安装简便的优点逐渐被大家认可且已在工程中得到了很好的应用。本文针对一体化泵站几何参数对其水力性能的影响展开CFD模拟,研究不同水泵安装位置、底部形式和导水锥几何尺寸对其水力性能的影响。研究结果对一体化泵站的安装生产以及水力性能的改善有一定的指导意义。(1)运用商用软件ANSYS 14.5,对一体化泵站进行数值模拟。通过网格无关性分析,集水池部分网格总数确定为120万量级。采用标准k-ε紊流模型作为计算模型。(2)两台泵连线与集水池中心间距(中心距)的改变对两水泵的效率影响较小,而对水泵叶轮室进口流速均匀度和速度加权平均角影响较大。当中心距L=0.4R时,两叶轮室进口流速均匀度和速度加权平均角都较好。当L=0.2R时,由于管道与后方壁面间距较大,使得这部分水体的自由度较大,产生较大漩涡,流态较差,当L=0.6R时,虽管道后方与壁面间流态得到改善,但会使得管道距前方壁面距离过大,造成集水池中间区域流态较差。(3)两台泵连线的距离(泵间距)的改变对两水泵的效率影响较小,而对两叶轮室进口流速均匀度和速度加权平均角影响较大。当泵间距S=0.6R时,叶轮室进口流速均匀度最高,随着泵间距的增加,均匀度有一个较明显的下降。当S=0.6R时,叶轮室进口速度加权平均角也较高。从流线和速度分布图可以看出,泵间距S=0.6R时流态较好,没有明显恶劣的流态,而随着泵间距的扩大,流态变得恶劣。(4)喇叭管入口距底部的垂直距离(悬空高)的改变对两水泵的效率影响较小,而对两叶轮室进口流速均匀度和速度加权平均角影响较大。虽然悬空高H=0.3D时管道Ⅰ的叶轮室进口流速均匀度和速度加权平均角相比较其他方案最高,但管道Ⅱ的最低,同样当悬空高H=0.9时虽管道Ⅱ的叶轮室进口流速均匀度和速度加权平均角比较其他方案最高,但管道Ⅰ的最低。对于流线和流速来说,H=0.3D时流线分布较好,但是喇叭管入口附近水体速度较低,虽然H=0.9D时,喇叭管入口流速较高,但是考虑到一体化泵站的排污,底部水体的速度应达到杂质颗粒的启动速度,悬空高过高会使得底部流速偏低,不利于一体化泵站的排污。(5)采用CFD数值模拟方法研究圆弧弧度、椭圆弧形底部、斜坡形底部一体化泵站水力性能的影响。数值计算表明：随着圆弧形底部和椭圆弧形底部弧度的减小,两台水泵效率以及所在叶轮室进口的流速均匀度和加权平均角都呈现出增大的趋势,但采用圆弧形底部的一体化泵站,始终存在一个较为明显的附底涡,而椭圆弧形的底部流态较好。采用斜坡形底部的一体泵,随着底部斜坡角的改变,对一体化泵站水力性能的影响不太明显。(6)随着导水锥底径的扩大,两水泵所在叶轮室进口的流速均匀度和加权平均角的影响较小,当导水锥底径宽为(0.5D-0.75D)时,两水泵的效率值差距较小,当导水锥底径为(0.75D-1.0D)时,两水泵效率值有一个较为明显的下降,所以导水锥底径宽度不应过大。随着导水锥高度的增加,对两水泵的效率以及所在叶轮室进口的流速均匀度和加权平均角影响较小。从流态上分析,当导水锥高度Hd=0.2D时,两管道间有一个很为明显的漩涡,当导水锥高度Hd=0.4D时,喇叭入口所在横断面以及喇叭入口下方所在横断面流态不对称,偏流较为明显。当Hd=0.3D时,流态较好。(7)虽然水泵为对称布置,一体化泵站整体呈现出几何对称的形式,但是由于两水泵叶轮转动方向一致,其运动形式并不对称,导致了集水池水流的偏流,使得顺水流方向左侧水泵Ⅰ的效率以及其所在叶轮室进口的流速均匀度和加权平均角都要高于右侧水泵Ⅱ的。
[Abstract]:In this paper , the influence of the geometrical parameters of the pump station on the hydraulic performance of the two pumps has been greatly influenced by the change of the distance between the two pump stations and the center of the water collecting pool . ( 5 ) The velocity uniformity and the weighted average angle of the inlet of the impeller chamber of the two pumps are relatively small . ( 7 ) Although the water pump is symmetrically arranged , the integral pumping station is in the form of geometric symmetry , but because the rotation direction of the impellers of the two pumps is consistent , the movement form is not symmetrical , which leads to the deflection of the water flow in the water collecting pool , so that the efficiency of the left water pump I in the water flow direction and the flow rate uniformity and the weighted average angle of the inlet of the impeller chamber are higher than that of the right water pump II .

【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH38

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