泵站封闭式进水池顶板附壁涡流动机理及控制研究

发布时间：2021-04-20 09:59

　　当前,面广量大的中小型泵站普遍采用开敞式进水池的进水形式,开敞式进水池易形成危害极大的水面吸气漩涡。为消除水面漩涡,对开敞式进水池进行封闭式改造。前期模型及现场实验研究均表明,开敞式进水池经过封闭式改造后,虽然消除了水面漩涡,但是诱发了新的顶板附壁涡。随着江苏省灌区改造和中小型泵站更新改造的实施,拓宽泵站稳定运行范围,防治顶板附壁涡显得十分迫切和必要。在此背景下,本文以模型实验为手段,采用图像处理、高频压力脉动测试和时频分析的方法,结合数值模拟,对封闭式进水池顶板附壁涡的发生机理和防治措施展开研究,主要研究内容和结论如下:（1）研究了不同湍流模型下的封闭式进水池的水力性能和顶板压力场特性,分别对叶轮和封闭式进水池开展了网格无关性分析。预测结果与实验结果对比表明Standard k-ε湍流模型预测高效区与实验一致,且Standardk-ε湍流模型对顶板的压力分布预测较为准确,最终选用Standard k-ε湍流模型作为后续研究的湍流模型,网格无关性分析表明叶轮网格单元数大于30万,封闭式进水池网格单元数大于50万后,计算结果趋于稳定。（2）设计建立了具有透明观测实验段的封闭式进水池循环实... 

【文章来源】：扬州大学江苏省

【文章页数】：165 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
主要符号说明
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状及分析
        1.2.1 进水池实验及数值模拟研究
        1.2.2 漩涡形成机理及模式研究
        1.2.3 进水口漩涡成因及影响因素研究
        1.2.4 漩涡模拟比尺效应研究
        1.2.5 进水池消涡研究
        1.2.6 进水池几何参数
    1.3 研究内容
    1.4 技术路线
第二章 封闭式进水池数值模拟方法及实验验证
    2.1 数值模拟方法
        2.1.1 流体力学控制方程
        2.1.2 控制方程离散方法
        2.1.3 空间离散的格式
        2.1.4 控制方程组的求解
        2.1.5 湍流模型
        2.1.6 网格剖分方法
    2.2 封闭式进水池数值模拟方法及实验验证
        2.2.1 封闭式进水池计算模型
        2.2.2 计算网格
        2.2.3 湍流模型
    2.3 本章小结
第三章 封闭式进水池流动特性及水力性能实验
    3.1 实验装置设计
    3.2 水力性能实验采集方法
        3.2.1 数据采集仪器
        3.2.2 测量不确定度
        3.2.3 水力性能
    3.3 高频压力脉动采集
        3.3.1 采集仪器
        3.3.2 测点布置及压力采集方法
    3.4 压力脉动数据处理方法
        3.4.1 压力脉动信号的采集
        3.4.2 压力脉动频域提取方法
        3.4.3 相关分析方法
    3.5 采样时间对压力脉动特性影响
    3.6 顶板附壁涡流动观测
    3.7 本章小结
第四章 封闭式进水池顶板附壁涡流动特性
    4.1 顶板附壁涡形态及演化
        4.1.1 顶板附壁涡形态
        4.1.2 顶板附壁涡的演化
    4.2 顶板附壁涡压力脉动频域特性
        4.2.1 无可见涡时段
        4.2.2 顶板附壁涡发生时段
    4.3 顶板附壁涡压力脉动时域特性
    4.4 非定常数值模拟
        4.4.1 边界条件
        4.4.2 顶板附壁涡分布特性
        4.4.3 壁面涡量场分布特性
        4.4.4 喇叭口流态
    4.5 顶板附壁涡形成机理
    4.6 本章小结
第五章 封闭式进水池顶板附壁涡发生影响因素
    5.1 流量对顶板附壁涡的影响
        5.1.1 实验工况
        5.1.2 不同流量下顶板附壁涡出现的统计规律
        5.1.3 不同流量工况下顶板的压力场特性
        5.1.4 不同流量工况下顶板的压力频谱特性
    5.2 来流水深对顶板附壁涡的影响
        5.2.1 实验工况
        5.2.2 不同水深工况顶板附壁涡出现的统计规律
        5.2.3 不同水深工况下顶板的压力场特性
        5.2.4 不同水深工况下顶板的压力频谱特性
    5.3 顶板高度对顶板附壁涡的影响
        5.3.1 实验观测
        5.3.2 顶板高度对顶板压力场的影响
        5.3.3 顶板高度对顶板的压力频谱的影响
    5.4 本章小结
第六章 封闭式进水池顶板附壁涡消涡方法
    6.1 W形后壁几何参数对消涡效果影响
        6.1.1 研究方案
        6.1.2 近壁面流场及涡量场特性
        6.1.3 内流场特性及水力特性
    6.2 不同后壁形式对消涡效果影响
        6.2.1 研究方案
        6.2.2 近壁面流场及涡量特性
        6.2.3 内流场特性及水力特性
        6.2.4 实验验证
    6.3 壁面栅条消涡方法
        6.3.1 研究方案
        6.3.2 近壁面流场及涡量特性
        6.3.3 内流场特性及水力特性
        6.3.4 实验验证
    6.4 本章小结
第七章 总结与展望
    7.1 结论
    7.2 创新点
    7.3 展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间取得的相关科研成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于LES的泵站前池表面涡及液下涡流瞬态特性分析[J]. 潘强,施卫东,赵瑞杰,张德胜.  农业机械学报. 2018(05)
[2]轴流泵装置进水漩涡对压力脉动的影响[J]. 宋希杰,刘超,罗灿.  农业机械学报. 2018(02)
[3]泵站内部流动分析方法研究进展[J]. 王福军,唐学林,陈鑫,肖若富,姚志峰,杨魏.  水利学报. 2018(01)
[4]水泵进水池底部压力脉动特性试验[J]. 宋希杰,刘超,杨帆,查智力,严天序,黄佳卫.  农业机械学报. 2017(11)
[5]轴流泵失速工况下非定常流动特性研究[J]. 郑源,陈宇杰,张睿,葛新峰,林国朋,孙奥冉.  农业机械学报. 2017(07)
[6]大型泵站进水流场组合式导流墩整流效果分析[J]. 资丹,王福军,姚志峰,侯亚康,肖若富,何成连,阳恩宝.  农业工程学报. 2015(16)
[7]立式轴流泵进水流场PIV测量[J]. 刘超,梁豪杰,金燕,杨帆,陈锋,杨华.  农业机械学报. 2015(08)
[8]泵站装置蜗形进水池流态与水力性能分析[J]. 刘厚林,周孝华,王凯,王文博.  华中科技大学学报(自然科学版). 2013(11)
[9]轴流泵轮缘间隙非定常流动的大涡模拟[J]. 黎耀军,沈金峰,刘竹青,唐学林,张志民.  农业机械学报. 2013(S1)
[10]轴流泵叶轮出口尾迹区非定常压力和速度场特性[J]. 张德胜,施卫东,李通通,张华,关醒凡.  农业工程学报. 2012(17)

博士论文
[1]低扬程泵装置水动力特性及多目标优化关键技术研究[D]. 杨帆.扬州大学 2013

硕士论文
[1]离心泵内非定常流动及其激励信号分析[D]. 杨丽.江苏大学 2017
[2]泵站进水池自由表面漩涡及防护措施研究[D]. 魏航.扬州大学 2016
[3]立式轴流泵进水偏转的数值模拟与V3V测试[D]. 许健.扬州大学 2016
[4]箱涵式流道及泵叶轮进口三维流场激光测量[D]. 梁豪杰.扬州大学 2013
[5]进水口漩涡缩尺效应研究[D]. 张磊.天津大学 2009
[6]开敞式进水池内部流动的3DPIV实验研究[D]. 李大亮.扬州大学 2004



本文编号：3149471