基于CFD数值模拟的泵站前池流态分析及其对淤积形态的影响研究

发布时间：2020-05-15 06:48

【摘要】：大型梯级提灌泵站工程在我国西北部地区的地位举足轻重,前池作为连接引水渠与进水池的重要建筑物,起着引导水流从引水渠向进水池平稳流动的作用。工程多年运行以来,前池内部泥沙淤积现象严重,从而引发水泵机组振动、叶片汽蚀、泵站整体运行效率下降,能耗增大等一系列问题。究其原因为工程初期建设标准低,前池结构设计不合理等,造成前池内部流态紊乱。为探究淤积状态下的前池内部流态变化规律,分析泥沙在前池内部的淤积过程,本课题依托于宁夏回族自治区水利科技项目《宁夏盐环定扬黄工程节能增效关键技术研究与应用》,以大型梯级提灌泵站进水前池为研究对象,将现场调查与数值模拟相结合,选取泥沙淤积明显且淤积形态较为典型的泵站前池为代表,在灌区上水灌溉阶段利用HXH03-1S型超声波多普勒流速流向仪测得典型前池不同水深断面下水流的流速大小及方向,绘制不同水深下的流速等值线图,结合现场测量结果分析验证数值模拟结果的可靠性;在停水阶段利用徕卡三维激光扫描仪扫描典型泵站前池的淤积形态现状点云数据,通过Cyclone后处理软件对点云数据进行逆向建模处理,建立泵站进水前池淤积状态下及前池原型的三维几何模型,同时利用ICEM-CFD软件对其进行非结构化网格划分,基于FLUENT软件的Realizable k-?湍流模型及Mixture多相流模型对前池原型及淤积后的流态进行数值模拟计算,分析不同流场特征对前池泥沙淤积的影响过程;针对正向前池提出导流墩与底坎相结合、压水板与底坎相结合的两种组合式防淤方案,并通过FLUENT计算软件对其实施效果进行了模拟分析;针对侧向前池模拟了不同开机组合方案下的流态分布,探索了不同机组运行模式下流态的变化规律。本次研究得出的主要结论如下:(1)景电灌区典型泵站前池内部泥沙淤积现象严重,有的甚至堵塞水泵吸水喇叭管,正向前池泥沙淤积范围相对较大,约占前池容积的二分之一,侧向前池泥沙主要分布于前池末端及外侧边壁处。(2)正向与侧向前池内部流速范围均在0~1.05 m/s之间,侧向前池低流速区呈带状分布于外侧边壁处,受开机组合的影响,主流向吸水管一侧偏斜严重,正向前池内部水流立面及平面扩散效果较差,主流受两侧回流区挤压严重,流速降低,挟沙能力也随之降低,泥沙在前池内部漩涡区、静水区沉降淤积。(3)泥沙在前池内部淤积沉淀后,占据过流空间,造成漩涡向前池内部延伸,回流区范围扩大,水泵吸水管处流态更加紊乱。淤积状态下的前池流态模拟结果与现场测量结果一致,低流速区范围超过前池容积的1/2。(4)压水板与底坎相结合的方案更有利于改善水泵吸水管的进水流态,但压水板距前池入口过近时达不到整流的效果;侧向前池应尽可能使前池末端处的机组全开,增大流速以缩小静水区的范围。
【图文】：

壁面函数法,模型法,低雷诺数

图 2-5 壁面函数法图 2-6 低雷诺数法（近壁模型法）Fig.2-5 Wall function method Fig.2-6 Low Reynolds number metho

模型法,低雷诺数,壁面函数法

图 2-5 壁面函数法图 2-6 低雷诺数法（近壁模型法）Fig.2-5 Wall function method Fig.2-6 Low Reynolds number metho
【学位授予单位】：华北水利水电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TV675

【参考文献】