侧向进水多机组泵站进水流态三维数值模拟和优化研究

摘要

城市泵站在规划设计中往往受到地形、用地规模以及周围建筑物的影响，经常会采用侧向进水的布置型式，本文所研究的泵站，需要向多个方向供水，设置的机组台数比较多。侧向进水流态比较复杂，会在前池中形成紊乱的水泵来流。如果进水系统不能按水力条件良好的要求布置，会造成机组运行效率偏低，能源浪费。所以研究侧向进水泵站的进水流态和水力优化，对提高泵站高效率运行，提高经济效益都有重要的意义。 本文结合我国某大型泵站，采用N-S方程配合realizable k-ε湍流模型对侧向进水泵站进行稳定流场计算，建立三维模型，划分网格，进行设计工况的数值模拟，从局部和整体两个角度对侧向进水多机组泵站进行优化研究。 (1)对不同扩散角的三个方案进行数模计算比较，得出了侧向进水泵站前池内不出现漩涡时的较优前池扩散角。 (2)分析了配水池的长度和位置对配水效果的影响。研究结果表明在地形条件允许的情况下尽量增加配水池的长度、配水孔进口过渡段位于配水池前端的中间位置时效果最佳。 (3)研究了配水孔进出口形式、高宽比和配水孔长度对配水效果的影响。研究表明采用弧形非直角进口和非对称的扩散出口、高窄形配水孔(配水孔高宽比为2.25)、增加配水孔的长度对减小前池内水流的偏流有显著作用。 (4)提出了侧向进水流量不等泵的优化布置。当侧向进水泵站存在两种不等流量泵，应该将大流量的泵布置在配水池来流方向的一侧。 (5)提出了备用泵的优化设置。当一个前池内只备用一台泵时，随机备用任何一台泵整个泵站运行的水流效果相差不是很大；当一个前池内布置两台备用泵时，应该避免在上侧靠近来流方向的第一台泵备用，应该避免将两台备用泵设置在中间两相邻位置，备用泵布置在两侧的时进水流态相对较好。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1选题意义

1.2研究方法及进展

1.2.1理论分析

1.2.2水力模型试验

1.2.3数值模拟分析

1.3本文研究内容

第二章三维湍流理论和数模求解

2.1控制方程

2.1.1基本方程

2.1.2湍流控制方程

2.2湍流模型

2.2.1湍流的数值模拟概述

2.2.2κ-ε模型的形式和比较

2.2.2本文采用的κ-ε模型

2.3边界条件

2.3.1流动进口和出口边界条件

2.3.2自由边界条件

2.3.3壁面条件

2.4控制方程离散求解

2.4.1常用离散方法

2.4.2离散格式

2.4.3离散方程的压力—速度耦合

2.5本章小结

第三章局部水力优化研究

3.1建立三维模型

3.1.1工程概况

3.1.2建立三维模型

3.1.3网格划分和数模计算

3.2建立目标函数

3.2.1配水孔优化目标函数

3.2.2进水池优化目标函数

3.3前池扩散角对配水效果的影响

3.4配水池对配水效果的影响

3.4.1配水池长度对配水效果的影响

3.4.2进口过渡段与配水池左侧距离对配水效果的影响

3.5配水孔对配水效果的影响

3.5.1配水孔形式对配水效果的影响

3.5.2配水孔高宽比对配水效果的影响

3.5.3配水孔长度对配水效果的影响

3.6本章小结

第四章整体水力优化研究

4.1整体优化

4.2流量不等泵的布置优化

4.3备用泵优化设置

4.3.1一个前池中一台备用泵优化布置

4.3.2一个前池中两台备用泵优化布置

4.4本章小结

第五章总结和展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

致谢

附录 硕士期间发表论文