泵站前池整流措施的数值模拟与模型试验研究

发布时间：2017-10-20 03:43

  本文关键词：泵站前池整流措施的数值模拟与模型试验研究

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【摘要】：泵站的前池是将渠道与进水流道合理衔接的重要水工构筑物,主要有正向进水前池和侧向进水前池两大类。前池中的流态应该要满足流速分布均匀、水流顺畅、池内不产生涡流等水力条件,以便于水流能够流态良好的进入进水流道,进而为水泵提供良好的进水条件。实际试验观测以及后期理论研究证明,不良的前池使前池水流产生回流、漩涡、进水水流紊乱、恶化水泵吸水条件,导致水泵装置效率下降,从而导致泵房和机组震动,严重时可能导致泵启动困难、汽蚀和噪音等。在含沙量比较多的河道的泵站中,前池不良水力条件还会引起前池池底的淤积或冲刷。因此,通过一定的措施来改善泵站前池的水流流态,对于提高水泵装置效率、防止泥沙淤积具有重要意义。本文以某侧向进水泵站为例,采用数值模拟与模型试验的方法研究了无措施工况与五种整流措施：“Y”型导流墩、“T”字型导流墩、窄底坎、高宽底坎、导流墙。通过以上各工况研究,选取最优方案。对于模型试验,运用相似理论,确定模型比尺,设计与制作模型。描绘出面层和底层回流的范围和回流中心。并且通过流速仪测量特定断面的流速,计算流速均匀度,作为判断整流方案选择的依据。对于数值模拟,通过UG实体建模软件,对应上述六种方案分别建立相应的三维模型,导入meshing划分非结构网格,给定边界条件,然后用CFX对计算流体进行了数值模拟,同样导出面层与底层流态,并计算各断面的流速均匀度。经对比分析与试验结果基本一致,说明本文所采用的数值模拟方法可行、结果可信。最后,对数值模拟与模型试验的结果进行分析比较,综合各方案的面层、底层及站前各断面的流速分布均匀度测试结果,并考虑整流措施的稳定性,建议方案3(“T”字型导流墩)作为此泵站流态整治措施。进而达到泵站前池流态的优化,对防止泥沙淤积、确保机组安全运行具有重要意义。
【关键词】：泵站 前池 流态 数值模拟 模型试验
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV675;TV135
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 泵站前池研究概况11-13
• 1.2.1 模型试验的研究概况11-12
• 1.2.2 数值模拟的研究概况12-13
• 1.3 研究的目的和意义13
• 1.4 主要研究内容13-15
• 1.4.1 物理模型13-14
• 1.4.2 数值模拟14-15
• 第二章 泵站前池数值模拟相关理论15-19
• 2.1 控制方程15
• 2.2 湍流模型15-17
• 2.2.1 标准的k-ε模型15-16
• 2.2.2 RNG k-ε模型16-17
• 2.2.3 Realizable k-ε模型17
• 2.3 网格划分技术17-19
• 第三章 泵站前池的数值模拟19-23
• 3.1 几何模型的建立19-20
• 3.1.1 几何建模软件简介19
• 3.1.2 泵站模型的建立19-20
• 3.2 网格划分与边界条件20-21
• 3.3 网格无关性验证21-23
• 第四章 模型试验23-35
• 4.1 试验标准及相似准则23-25
• 4.1.1 试验标准23
• 4.1.2 相似准则的确定23-24
• 4.1.3 模型比尺的确定24-25
• 4.2 模型设计与制作25-30
• 4.2.1 模型试验系统水力设计25
• 4.2.2 模型设计25-26
• 4.2.3 模型制作26-28
• 4.2.4 量测方法和设备28-30
• 4.3 模型试验方案30-35
• 第五章 模型试验与数值模拟流态对比分析35-60
• 5.1 原始方案36-40
• 5.1.1 最低水位36-37
• 5.1.2 设计水位37-38
• 5.1.3 最高水位38-40
• 5.2 “Y”型导流墩40-43
• 5.2.1 最低水位40-41
• 5.2.2 设计水位41-42
• 5.2.3 最高水位42-43
• 5.3 “T”字型导流墩43-48
• 5.3.1 最低水位43-45
• 5.3.2 设计水位45-46
• 5.3.3 最高水位46-48
• 5.4 窄底坎48-51
• 5.4.1 最低水位48-49
• 5.4.2 设计水位49-50
• 5.4.3 最高水位50-51
• 5.5 高宽底坎51-55
• 5.5.1 最低水位51-53
• 5.5.2 设计水位53-54
• 5.5.3 最高水位54-55
• 5.6 导流墙55-60
• 5.6.1 最低水位55-56
• 5.6.2 设计水位56-58
• 5.6.3 最高水位58-60
• 第六章 试验与数值模拟流速分布对比分析60-73
• 6.1 试验与数值模拟流速分布图分析60-68
• 6.1.1 原始方案60-61
• 6.1.2 “Y”型导流墩61-62
• 6.1.3 “T”字型导流墩62-64
• 6.1.4 窄底坎64-65
• 6.1.5 高宽底坎65-66
• 6.1.6 导流墙66-68
• 6.2 试验与数值模拟流速分布均匀度分析68-73
• 6.2.1 模型试验流速均匀度69-71
• 6.2.2 数值模拟流速均匀度71-73
• 第七章 总结与展望73-75
• 7.1 总结73-74
• 7.2 展望74-75
• 参考文献75-80
• 致谢80-81

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本文编号：1065085