泵站封闭式进水池防涡措施CFD研究

发布时间：2017-06-17 11:05

  本文关键词：泵站封闭式进水池防涡措施CFD研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：开敞式进水池内流速小,水位变幅大,易形成表面涡。开敞式进水池添加盖板形成封闭式进水池,可以有效遏制表面涡的发生和降低漩涡强度,但封闭式进水池流速大,易形成水下涡,对于封闭式进水池防涡研究重点是如何防治附壁涡和附底涡的发生。本文对封闭式进水池防涡措施展开CFD数值模拟,研究不同防涡措施效果和水力性能的影响。研究成果对进一步防治封闭式进水池内漩涡,提高水泵稳定运行有一定的指导意义,为防涡措施在工程中应用提供技术支持。(1)运用商用软件ANSYS 14.5,对封闭式进水池泵站整体进行数值模拟。通过网格无关性分析,确定进水池部分网格总数约为110万。通过不同紊流模型的计算,最终计算选用标准k-ε紊流模型。(2)为研究封闭式进水池后壁防涡措施水力特性,采用CFD数值模拟方法,研究立柱高度、立柱直径、立柱形状、底部斜板、进水池后壁形状对防涡效果及水力性能影响。数值计算表明,增加立柱高度可达到防治目的；增大立柱直径可更好的将水流压向喇叭口正后方,改善流态；正方形立柱相对圆形和菱形立柱而言,防治效果更好；随着底部斜板斜率i的减小,回流区被向上压缩,回流强度有所减弱,但回流并没有被完全消除,扬程和效率随着斜率i的减小呈现先增大后减小的趋势；采用半圆形和对称蜗壳形可以去除最易形成回流的两个边角,平面对称蜗壳形最符合水流流线要求,喇叭口后上方的回流被消除,其水力性能和流速均匀度较好。结合防涡考虑,平面对称蜗壳形后壁是封闭式进水池后壁形状的首选。(3)为研究封闭式进水池底板防涡措施水力特性,采用CFD数值模拟方法,研究三角锥高度,三角锥底径,三角锥锥面形状,梯形台导流锥高度,梯形台导流锥底径,梯形台导流锥锥面形状,十字板长度,十字板高度,十字板角度对防涡效果及水力性能影响。数值计算表明,三角锥可以防治附底涡,过高的三角锥影响喇叭口下方的进水；较小底径的三角锥对水流进入喇叭管的导向作用不够明显；三角锥椭圆锥面形状与水流流线较为相符,且无不良流态发生；梯形台导流锥可以防治附底涡,过高的梯形台导流锥影响喇叭口下方的进水；随着梯形台底径的增加,锥面流线分布趋于均匀,效率和扬程变化不明显；梯形台椭圆锥面压力均匀下降,流速均匀上升,锥面流线与锥面形状吻合较好：十字板防涡效果不是很理想,过长的十字板会引导更多的水流沿着十字板表面交汇于十字板的底部；十字板过高加大了十字板对喇叭口下方水流流动的干扰,在较高的十字板底部仍存在流速奇点区；十字板夹角增大,池底奇点区从原先的十字板底部交点向十字板外侧发生转移,当角度达到90。时可以很好地改善流态和防治涡带。(4)封闭式进水池加设防涡措施对泵装置水力性能影响较小。导流锥工程应用表明,加设防涡措施可保障泵站平稳运行,振动噪音明显减小。通过数值模拟和模型试验二者水力性能比较,验证了数值模拟的可行性和有效性。
【关键词】：封闭式进水池 防涡措施 CFD数值模拟 水力性能
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TV675
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 符号说明12-13
• 第1章 绪论13-19
• 1.1 研究背景及意义13
• 1.2 国内外研究进展13-18
• 1.2.1 进水池13-15
• 1.2.2 进水流道15-16
• 1.2.3 漩涡发生机理和防涡研究16-18
• 1.3 研究内容18
• 1.4 小结18-19
• 第2章 封闭式进水池CFD计算理论及方法19-30
• 2.1 CFD计算基本原理19
• 2.2 流体动力学方程19-20
• 2.3 CFX计算20-21
• 2.4 紊流模型21-26
• 2.4.1 标准k-ε模型21-22
• 2.4.2 RNG k-ε模型22
• 2.4.3 SSG Reynolds Stress模型22-23
• 2.4.4 Baseline Reynolds Stress模型23
• 2.4.5 紊流模型选取23-26
• 2.5 网格剖分26-29
• 2.5.1 网格分类26-27
• 2.5.2 网格划分27-28
• 2.5.3 网格无关性分析28-29
• 2.6 小结29-30
• 第3章 封闭式进水池后壁防涡措施水力特性30-53
• 3.1 研究方案30-31
• 3.2. 计算设置31-33
• 3.2.1 模型建立31-32
• 3.2.2 边界条件设置32-33
• 3.3 水力性能预测33-34
• 3.4 进水池内流动特性34-37
• 3.5 后壁防涡措施及流动特性37-52
• 3.5.1 立柱研究37-45
• 3.5.2 底部斜板45-48
• 3.5.3 后壁形状48-51
• 3.5.4 不同工况下防涡措施影响51-52
• 3.6 小结52-53
• 第4章 封闭式进水池底板防涡措施水力特性53-72
• 4.1 研究方案53-55
• 4.2 三角形导流锥55-59
• 4.2.1 三角形导流锥高度55-56
• 4.2.2 三角形导流锥底径56-58
• 4.2.3 三角形导流锥锥面形状58-59
• 4.3 梯形台导流锥59-62
• 4.3.1 梯形台导流锥高度59-60
• 4.3.2 梯形台导流锥底径60-61
• 4.3.3 梯形台导流锥锥面形状61-62
• 4.4 十字板62-66
• 4.4.1 十字板长度62-64
• 4.4.2 十字板高度64-65
• 4.4.3 十字板角度65-66
• 4.5 不同工况防涡措施影响66-67
• 4.6 导流锥工程应用67-68
• 4.7 模型实验验证68-70
• 4.7.1 实验装置68-69
• 4.7.2 测量方法69
• 4.7.3 实验结果69-70
• 4.8 小结70-72
• 第5章 结论与展望72-74
• 5.1 结论72-73
• 5.2 展望73-74
• 参考文献74-78
• 致谢78-80
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果80-81

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