引黄灌区泵站前池泥沙淤积模拟与防治措施研究

发布时间：2017-05-30 20:11

  本文关键词：引黄灌区泵站前池泥沙淤积模拟与防治措施研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：泵站是灌区发展的最主要建筑物,而进水前池是泵站的重要组成部分,引导水流平稳进入泵站进水池,保证水泵良好的进水条件。对于引黄灌区,由于水源的泥沙含量大,灌区内大多数泵站的进水前池都存在一定的泥沙淤积问题,影响泵站的正常高效运行。造成泵站前池泥沙淤积的原因除了水源泥沙含量高外,主要还受前池水流流态的的影响,水流进入前池后,可能出现偏斜、脱壁等不良流态,引起前池内漩涡、回流及低流速区的产生,导致泥沙的沉淀淤积,进而又加剧前池水流流态的恶化。因此,开展泵站前池流态及改善措施的研究,对减少多泥沙河流泵站泥沙淤积,提泵站高运行效率和经济效益都具有重要的意义。“甘肃省景泰川电力提灌工程灌区”(简称“景电灌区”)是位于我国西北干旱区的大型引黄灌区,本文以灌区内大型扬水泵站为研究对象,采取现场调查和勘测的方法获取了灌区内泵站前池泥沙淤积现状,依据泥沙淤积基本理论初步分析了前池泥沙淤积成因。通过选取泥沙淤积明显且淤积形态典型的泵站前池作为代表,利用ICEM-CFD软件构建原型前池结构三维模型,并进行非结构化网格划分,采用FLUENT软件基于Standard k-?湍流模型对前池流态进行了模拟分析,探索了泵站前池泥沙淤积机理,并将数值模拟结果与现场调查分析结果进行比对验证,确定了数值模拟的合理性与可靠性。针对直边正向前池和曲边正向前池提出了相应的前池泥沙淤积防治优化措施,并利用数值模拟方法分析了不同措施的实施效果。本研究的主要结论包括:(1)引黄灌区,大型泵站正向进水前池(直边型和曲边型)泥沙淤积问题最为严重,最大淤积范围占前池容积的近1/2,曲边正向前池依据直边正向前池常年淤积形态优化而成,但其实施效果差,对前池泥沙淤积问题的改善不明显;侧向进水前池泥沙淤积主要分布在外壁中后部,淤积程度相对较弱。(2)通过典型泵站前池的数值分析,正向进水前池内严重的主流效应是造成前池泥沙淤积问题突出的主要原因,水流平面和立面扩散效果差,引起前池内旋涡回流和低速区等不良流态的产生,水流挟沙能力下降;侧向进水前池由于水流进入前池后与外壁发生脱离,外壁中后部形成低速回流区,泥沙易形成沉降淤积。数值模拟结果与现场调查结果相一致。(3)针对正向进水前池(直边型和曲边型)提出了泥沙防淤措施并利用数值模拟对其实施效果进行了分析,对于直边正向前池八字形导流墩不能有效改善前池水流分布,而采用45°压水板能够显著优化前池水流,改变主流效应,对于曲边正向前池,45°压水板的优化作用也十分明显,但前池两端狭小的进水空间对其整流效果有一定的削弱。研究成果可为灌区内泵站更新改造及同类泵站工程的优化设计提供参考和依据。
【关键词】：泵站前池 泥沙淤积 流态模拟 防淤措施
【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】：2016
【分类号】：TV675;TV146
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 1 绪论11-19
• 1.1 研究背景及意义11-13
• 1.2 泵站前池研究现状13-16
• 1.2.1 理论研究13
• 1.2.2 模型试验研究13-15
• 1.2.3 数值模拟研究15-16
• 1.3 主要研究内容与技术路线16-19
• 2 泵站前池泥沙淤积调查与分析19-27
• 2.1 景电灌区概况19-20
• 2.2 泵站前池泥沙淤积情况20-23
• 2.2.1 正向泵站前池20-22
• 2.2.2 侧向泵站前池22-23
• 2.3 灌区引水泥沙含量与粒径分析23-25
• 2.4 泵站前池泥沙淤积成因分析25
• 2.5 本章小结25-27
• 3 泵站前池数值模拟与计算方法27-41
• 3.1 计算流体力学（CFD）简介27-28
• 3.1.1 CFD概况27
• 3.1.2 ICEM-CFD27-28
• 3.1.3 FLUENT28
• 3.2 控制方程28-29
• 3.3 湍流模型29-33
• 3.3.1 湍流模拟方法29-31
• 3.3.2 k-ε双方程湍流模型31-33
• 3.4 边界条件处理33-36
• 3.4.1 进（入）口边界条件33-34
• 3.4.2 出口边界条件34-35
• 3.4.3 固体壁面边界处理35-36
• 3.4.4 自由表面处理36
• 3.5 网格划分36-37
• 3.6 流场离散化37-38
• 3.7 流场求解方法38
• 3.8 本章小结38-41
• 4 不同形式泵站前池的泥沙淤积数值分析41-59
• 4.1 直边正向前池41-46
• 4.1.1 一期西干三泵站简介41-42
• 4.1.2 前池模型构建与网格划分42-43
• 4.1.3 数值模拟分析43-46
• 4.2 曲边正向前池46-52
• 4.2.1 一期西干二泵站简介47
• 4.2.2 前池模型构建与网格划分47-48
• 4.2.3 数值模拟结果48-52
• 4.3 侧向进水前池52-57
• 4.3.1 二期总干二泵站简介52-53
• 4.3.2 前池模型构建与网格划分53-54
• 4.3.3 数值模拟结果54-57
• 4.4 本章小结57-59
• 5 正向泵站前池防淤措施数值分析59-83
• 5.1 泵站前池常用防淤措施59-61
• 5.2 泵站前池防淤措施初定61
• 5.3 直边正向前池61-75
• 5.3.1 方案一62-65
• 5.3.2 方案二65-69
• 5.3.3 方案三69-75
• 5.4 曲边正向前池75-81
• 5.5 本章小结81-83
• 6 结论与展望83-85
• 6.1 结论83-84
• 6.2 展望84-85
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参与完成的项目85-87
• 致谢87-89
• 参考文献89-92

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