泵站前池整流措施的数值模拟与模型试验研究

摘要

泵站的前池是将渠道与进水流道合理衔接的重要水工构筑物，主要有正向进水前池和侧向进水前池两大类。前池中的流态应该要满足流速分布均匀、水流顺畅、池内不产生涡流等水力条件，以便于水流能够流态良好的进入进水流道，进而为水泵提供良好的进水条件。实际试验观测以及后期理论研究证明，不良的前池使前池水流产生回流、漩涡、进水水流紊乱、恶化水泵吸水条件，导致水泵装置效率下降，从而导致泵房和机组震动，严重时可能导致泵启动困难、汽蚀和噪音等。在含沙量比较多的河道的泵站中，前池不良水力条件还会引起前池池底的淤积或冲刷。因此，通过一定的措施来改善泵站前池的水流流态，对于提高水泵装置效率、防止泥沙淤积具有重要意义。
　　本文以某侧向进水泵站为例，采用数值模拟与模型试验的方法研究了无措施工况与五种整流措施:“Y”型导流墩、“T”字型导流墩、窄底坎、高宽底坎、导流墙。通过以上各工况研究，选取最优方案。
　　对于模型试验，运用相似理论，确定模型比尺，设计与制作模型。描绘出面层和底层回流的范围和回流中心。并且通过流速仪测量特定断面的流速，计算流速均匀度，作为判断整流方案选择的依据。
　　对于数值模拟，通过UG实体建模软件，对应上述六种方案分别建立相应的三维模型，导入meshing划分非结构网格，给定边界条件，然后用CFX对计算流体进行了数值模拟，同样导出面层与底层流态，并计算各断面的流速均匀度。经对比分析与试验结果基本一致，说明本文所采用的数值模拟方法可行、结果可信。
　　最后，对数值模拟与模型试验的结果进行分析比较，综合各方案的面层、底层及站前各断面的流速分布均匀度测试结果，并考虑整流措施的稳定性，建议方案3（“T”字型导流墩）作为此泵站流态整治措施。进而达到泵站前池流态的优化，对防止泥沙淤积、确保机组安全运行具有重要意义。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 泵站前池研究概况

1．2．1 模型试验的研究概况

1．2．2 数值模拟的研究概况

1．3 研究的目的和意义

1．4 主要研究内容

1．4．1 物理模型

1．4．2 数值模拟

第二章 泵站前池数值模拟相关理论

2．1 控制方程

2．2 湍流模型

2．2．1 标准的k-ε模型

2．2．2 RNG k-ε模型

2．2．3 Realizable k-ε模型

2．3 网格划分技术

第三章 泵站前池的数值模拟

3．1 几何模型的建立

3．1．1 几何建模软件简介

3．1．2 泵站模型的建立

3．2 网格划分与边界条件

3．3 网格无关性验证

第四章 模型试验

4．1 试验标准及相似准则

4．1．1 试验标准

4．1．2 相似准则的确定

4．1．3 模型比尺的确定

4．2 模型设计与制作

4．2．1 模型试验系统水力设计

4．2．2 模型设计

4．2．3 模型制作

4．2．4 量测方法和设备

4．3 模型试验方案

第五章 模型试验与数值模拟流态对比分析

5．1 原始方案

5．1．1 最低水位

5．1．2 设计水位

5．1．3 最高水位

5．2 “Y”型导流墩

5．2．1 最低水位

5．2．2 设计水位

5．2．3 最高水位

5．3 “T”字型导流墩

5．3．1 最低水位

5．3．2 设计水位

5．3．3 最高水位

5．4 窄底坎

5．4．1 最低水位

5．4．2 设计水位

5．4．3 最高水位

5．5 高宽底坎

5．5．1 最低水位

5．5．2 设计水位

5．5．3 最高水位

5．6 导流墙

5．6．1 最低水位

5．6．2 设计水位

5．6．3 最高水位

第六章 试验与数值模拟流速分布对比分析

6．1 试验与数值模拟流速分布图分析

6．1．1 原始方案

6．1．2 “Y”型导流墩

6．1．3 “T”字型导流墩

6．1．4 窄底坎

6．1．5 高宽底坎

6．1．6 导流墙

6．2 试验与数值模拟流速分布均匀度分析

6．2．1 模型试验流速均匀度

6．2．2 数值模拟流速均匀度

第七章 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

致谢

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