轴流泵进水池附底漩涡动力特性及诱导压力脉动研究
发布时间：2022-02-04 19:08
本文针对轴流泵装置进水池中易发生有害漩涡的问题,采用V3V体三维激光流速测试系统对轴流泵装置喇叭管下方附底漩涡从初生到消失演化全过程的流速场进行测量,同时采用VOF法对进水池内漩涡流动进行数值模拟,分析附底漩涡演化过程中附底漩涡的动力学特性。对进水池内有无漩涡时轴流泵装置不同断面位置进行压力脉动实验测量。探究附底漩涡诱导的压力脉动特性,建立了附底漩涡诱导压力脉动数学模型。提出采用流体体积分数显示涡管形态的方法。根据附底漩涡动力学特性变化规律,提出了新的消涡抑涡措施。采用V3V体三维速度场测试系统对进水池内喇叭管下方附底漩涡从发生到消失完整期内的体三维速度场进行动态测量,采用VOF法对进水池轴流泵装置进行定常计算和非定常计算,对漩涡整个发展空间的动力学特性进行分析并采用实验结果进行验证。采用高速摄像机对附底漩涡演化发展全过程进行了动态拍摄,得到附底漩涡不同时刻涡管的真实形态。通过分析漩涡核心区流动过程和附底漩涡涡管的动态变化,揭示了附底漩涡的演化过程分为初生、发展、保持、溃退、消失五个阶段。对附底漩涡核心区的速度梯度、涡动能、漩涡强度、压力分布、压力梯度和涡核内压力等动力学特性进行分析,...
【文章来源】：扬州大学江苏省
【文章页数】：169 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１进水池内存在的主要漩涡??进水池内喇叭管与后壁之间区域内的自由表面漩涡主要是由于进口来流经过喇叭??
非常精细．重构??方法则注意了自由面直线与四边的交点。??赵大勇［８１］和张健［８２］均采用ＶＯＦ中的这三种界面构造技术进行了数值模拟分析，计??算表明Ｈｉｒｔ和Ｎｉｃｈｏｌｓ方法比较粗糙，重构界面的精细度差。ＦＬＡＩＲ方法整体要好于前者，??但是计算中会有少许破碎，误差较大。ＰＬＩＣ方法构造界面的精细度较好，虽然有一些尖??角会被少许抹平，但是总的误差较小，是比较理想的重构方法。??３１??（ａ）实际交界面?（ｂ）Ｈｉｒｔ法构造?（ｃ）Ｆｌａｉｒ法构造?（ｄ）ＰＬＩＣ法构造??图２－１几种常用ＶＯＦ法构造交界面??在关于进水池内水下漩涡研宄的文献中，考虑到自由表面边界条件对于水下漩涡??的影响较小，基于刚盖假设理论将进水池水面设置为对称面［？８９］，这种处理方法在一??定程度上能够解决水下漩涡的一些问题，但是与实际情况存在差异，难以保证计算结??果的可靠性。为保证计算条件与实际情况一致，考虑自由表面气液的交换，本文选择??ＶＯＦ法对进水池内流场进行数值模拟。??１５??
?扬州大学博士学位论文???２．２几何模型建模??２．２．１几何模型??采用ＵＧ?ＮＸ９．０对进水池轴流泵装置进行三维几何建模，为保证水流能够平顺的??进入进水池内，同时保证出水水流良好的流态，分别在进水池前和出水管后增设前池??和出水箱。计算模型为气液二相流模型，包括前池、进水池、叶轮室、导叶体、出水弯??管、出水池以及进水池和前池上方气体，如图２－２所示。叶轮及导叶部件在Ｔｕｒｂｏｇｒｉｄ??中利用断面数据文件自动生成。为探究悬空高压对漩涡特性的影响，计算方案选择０．７￡＞、??０．５Ｚ）和０．４Ｄ三个不同喇叭管高度。??ＨＨＵｆｅ）???１??图２－２轴流泵装置三维几何模型??１前池水体２进水池３前池上方气体４进水池上方气体５出水管水体６出水箱水体??２．２．２网格划分??流体力学中，网格的划分对于漩涡的模拟至关重要，基于ＡＮＳＹＳ网格剖分模块，??采用分块策略对轴流栗段进行六面体结构网格剖分。在漩涡发生区域进行局部加密，??如图２－３所示，本文总网格数为１３００万。??Ｉ?：，?Ｐ??⑷?（ｂ）??１６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]泵站进水池吸入口涡旋结构及湍流特性的大涡模拟[J]. 张德胜,李普熙,赵睿杰,潘强,施卫东. 农业机械学报. 2019(10)
[2]轴流泵内气液两相流动的数值模拟[J]. 张国玉,付强,陈铭,司翔宇. 水电能源科学. 2019(01)
[3]涡判据在翼端间隙涡流分析中的应用与评价[J]. 郭嫱,黄先北,仇宝云,冯晓莉. 华中科技大学学报(自然科学版). 2018(11)
[4]大型泵站进水流场十字消涡板整流特性研究[J]. 顼晓嫒,王福军,资丹. 水力发电学报. 2018(04)
[5]贯流式水轮机低频脉动及尾水管涡带特性研究[J]. 郑源,蒋文青,陈宇杰,孙奥冉. 农业机械学报. 2018(04)
[6]立式轴流泵装置进水流道出口流态与脉动试验分析[J]. 杨帆,赵浩儒,刘超,何继业,汤方平. 农业机械学报. 2017(12)
[7]涡带工况下轴流泵装置内部脉动特性数值分析[J]. 杨帆,赵浩儒,刘超,夏臣智,金燕. 应用基础与工程科学学报. 2017(04)
[8]基于响应曲面模型的泵站进水池参数优化方法研究[J]. 资丹,王福军,姚志峰,叶长亮,许建中,李端明. 水利学报. 2017(05)
[9]边界层网格尺度对泵站流场计算结果影响研究[J]. 资丹,王福军,陶然,侯亚康. 水利学报. 2016(02)
[10]流体机械旋转湍流计算模型研究进展[J]. 王福军. 农业机械学报. 2016(02)
博士论文
[1]泵站封闭式进水池顶板附壁涡流动机理及控制研究[D]. 夏臣智.扬州大学 2018
[2]进水池内涡旋流动的LBM-VOF数值模拟与实验研究[D]. 郭苗.中国农业大学 2018
[3]轴流泵小流量工况水力特性研究[D]. 谢荣盛.扬州大学 2016
[4]轴流泵失速和空化流动特性及其性能改善研究[D]. 张睿.上海大学 2014
[5]泵站水流运动特性及水力性能数值模拟研究[D]. 成立.河海大学 2006
硕士论文
[1]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
[2]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
[3]大型泵站前池水流流态数值模拟研究[D]. 崔晓艳.兰州理工大学 2010
[4]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：3613777
【文章来源】：扬州大学江苏省
【文章页数】：169 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１进水池内存在的主要漩涡??进水池内喇叭管与后壁之间区域内的自由表面漩涡主要是由于进口来流经过喇叭??
非常精细．重构??方法则注意了自由面直线与四边的交点。??赵大勇［８１］和张健［８２］均采用ＶＯＦ中的这三种界面构造技术进行了数值模拟分析，计??算表明Ｈｉｒｔ和Ｎｉｃｈｏｌｓ方法比较粗糙，重构界面的精细度差。ＦＬＡＩＲ方法整体要好于前者，??但是计算中会有少许破碎，误差较大。ＰＬＩＣ方法构造界面的精细度较好，虽然有一些尖??角会被少许抹平，但是总的误差较小，是比较理想的重构方法。??３１??（ａ）实际交界面?（ｂ）Ｈｉｒｔ法构造?（ｃ）Ｆｌａｉｒ法构造?（ｄ）ＰＬＩＣ法构造??图２－１几种常用ＶＯＦ法构造交界面??在关于进水池内水下漩涡研宄的文献中，考虑到自由表面边界条件对于水下漩涡??的影响较小，基于刚盖假设理论将进水池水面设置为对称面［？８９］，这种处理方法在一??定程度上能够解决水下漩涡的一些问题，但是与实际情况存在差异，难以保证计算结??果的可靠性。为保证计算条件与实际情况一致，考虑自由表面气液的交换，本文选择??ＶＯＦ法对进水池内流场进行数值模拟。??１５??
?扬州大学博士学位论文???２．２几何模型建模??２．２．１几何模型??采用ＵＧ?ＮＸ９．０对进水池轴流泵装置进行三维几何建模，为保证水流能够平顺的??进入进水池内，同时保证出水水流良好的流态，分别在进水池前和出水管后增设前池??和出水箱。计算模型为气液二相流模型，包括前池、进水池、叶轮室、导叶体、出水弯??管、出水池以及进水池和前池上方气体，如图２－２所示。叶轮及导叶部件在Ｔｕｒｂｏｇｒｉｄ??中利用断面数据文件自动生成。为探究悬空高压对漩涡特性的影响，计算方案选择０．７￡＞、??０．５Ｚ）和０．４Ｄ三个不同喇叭管高度。??ＨＨＵｆｅ）???１??图２－２轴流泵装置三维几何模型??１前池水体２进水池３前池上方气体４进水池上方气体５出水管水体６出水箱水体??２．２．２网格划分??流体力学中，网格的划分对于漩涡的模拟至关重要，基于ＡＮＳＹＳ网格剖分模块，??采用分块策略对轴流栗段进行六面体结构网格剖分。在漩涡发生区域进行局部加密，??如图２－３所示，本文总网格数为１３００万。??Ｉ?：，?Ｐ??⑷?（ｂ）??１６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]泵站进水池吸入口涡旋结构及湍流特性的大涡模拟[J]. 张德胜,李普熙,赵睿杰,潘强,施卫东. 农业机械学报. 2019(10)
[2]轴流泵内气液两相流动的数值模拟[J]. 张国玉,付强,陈铭,司翔宇. 水电能源科学. 2019(01)
[3]涡判据在翼端间隙涡流分析中的应用与评价[J]. 郭嫱,黄先北,仇宝云,冯晓莉. 华中科技大学学报(自然科学版). 2018(11)
[4]大型泵站进水流场十字消涡板整流特性研究[J]. 顼晓嫒,王福军,资丹. 水力发电学报. 2018(04)
[5]贯流式水轮机低频脉动及尾水管涡带特性研究[J]. 郑源,蒋文青,陈宇杰,孙奥冉. 农业机械学报. 2018(04)
[6]立式轴流泵装置进水流道出口流态与脉动试验分析[J]. 杨帆,赵浩儒,刘超,何继业,汤方平. 农业机械学报. 2017(12)
[7]涡带工况下轴流泵装置内部脉动特性数值分析[J]. 杨帆,赵浩儒,刘超,夏臣智,金燕. 应用基础与工程科学学报. 2017(04)
[8]基于响应曲面模型的泵站进水池参数优化方法研究[J]. 资丹,王福军,姚志峰,叶长亮,许建中,李端明. 水利学报. 2017(05)
[9]边界层网格尺度对泵站流场计算结果影响研究[J]. 资丹,王福军,陶然,侯亚康. 水利学报. 2016(02)
[10]流体机械旋转湍流计算模型研究进展[J]. 王福军. 农业机械学报. 2016(02)
博士论文
[1]泵站封闭式进水池顶板附壁涡流动机理及控制研究[D]. 夏臣智.扬州大学 2018
[2]进水池内涡旋流动的LBM-VOF数值模拟与实验研究[D]. 郭苗.中国农业大学 2018
[3]轴流泵小流量工况水力特性研究[D]. 谢荣盛.扬州大学 2016
[4]轴流泵失速和空化流动特性及其性能改善研究[D]. 张睿.上海大学 2014
[5]泵站水流运动特性及水力性能数值模拟研究[D]. 成立.河海大学 2006
硕士论文
[1]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
[2]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
[3]大型泵站前池水流流态数值模拟研究[D]. 崔晓艳.兰州理工大学 2010
[4]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：3613777
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