泵站箱涵式进水流道内部流动三维数值模拟研究

摘要

泵站在灌溉、排水、提供城乡工业和生活用水等方面发挥了巨大作用，为现代化建设作出了巨大贡献。进水流道是大中型泵站的重要组成部分，进水流道的出口即为叶轮进口，因此，进水流道内流态的好坏将直接影响水泵性能的发挥。箱涵式进水流道具有流道高度低，基础开挖深度小;结构简单，断面形状变化单一，易于施工等特点，在泵站工程中得到越来越多的重视。但是箱涵式进水流道内流态复杂，设计在某些方面还不完善，结构尺寸未得到较好的优化。其中流道内喇叭管悬空高、流道高度和宽度对泵装置性能的影响研究相对较少，而这三项参数对装置性能和工程投资具有很大影响，因此，进行单向有压箱涵式进水流道的流态优化研究，提供满足工程实际需要的流道设计参数，对减小流道内水力损失，提高泵装置效率具有重要参考价值。
　　 目前，CFD理论日臻成熟完善，计算机技术飞速发展，得益于此，数值模拟方法在流体机械研究中得到越来越多的应用。FLUENT是应用较广泛的CFD软件，可以稳定高效地解决复杂的流动问题，并将计算结果直观形象地显示出来。
　　 本文使用GAMBIT软件建立了箱涵式进水流道泵装置的三维几何实体模型，使用分块非结构化网格对模型进行了网格剖分，根据数值计算的要求给出了计算参数并进行了边界条件设置，基于三维不可压缩流体的雷诺平均N-S方程和标准k-ε紊流模型，运用FLUENT软件对箱涵式进水流道立式轴流泵装置内部流动进行了三维数值模拟，分析了箱涵式进水流道内水流流态，揭示出水流在箱涵式进水流道内的流动规律，并预测了不同工况下进水流道的水力损失。以之为基础，选取对工程造价影响较大的喇叭管悬空高和流道高度为研究对象，首先设计了五种不同悬空高度喇叭管的进水流道，通过计算结果分析比较各方案流道内流态的变化和计算流道水力损失，探索悬空高度对箱涵式进水流道性能影响的规律;然后对四种不同流道高度和宽度的泵装置进行模拟计算，研究它们的变化对泵装置性能的影响。
　　 通过以上研究，获取箱涵式进水流道内部流动规律，为流道的优化设计提供依据。

目录

摘要

符号说明

1 绪论

1．1 研究的目的和意义

1．2 进水流道研究概况

1．2．1 模型试验

1．2．2 数值模拟

1．2．3 流场测量

1．3 计算流体力学(CFD)概述

1．3．1 数值计算方法简介

1．3．2 FLUENT软件介绍

1．4 本文研究的主要内容

2 三维紊流数学模型和计算方法

2．1 控制方程

2．2 紊流流动数值模拟方法

2．3 三维紊流模型

2．3．1 标准k-ε模型

2．3．2 RNG k-ε模型

2．3．3 Realizable k-ε模型

2．4 计算流场的离散化

2．4．1 网格的生成

2．4．2 控制方程的离散化

2．6 本章小结

3 箱涵式进水流道流动数值模拟

3．1 几何造型和网格剖分

3．1．1 立式轴流泵装置的几何造型

3．1．2 网格剖分

3．2 计算参数和边界条件设置

3．2．1 计算参数

3．2．2 边界条件设置

3．3 计算结果与分析

3．3．1 流场计算工况点的选择

3．3．2 进水流道基本流态分析

3．3．3 进水流道内压力与速度分布

3．4 本章小结

4 箱涵式进水流道的优化

4．1 喇叭管悬空高对泵装置的影响

4．1．1 进水流道内流态分析

4．1．2 进水流道出口断面流场分析

4．1．3 出口断面流速分布均匀度分析

4．1．4 进水流道水力损失特性分析

4．2 进水流道高度对泵装置的影晌

4．2．1 进水流道内流态分析

4．2．2 进水流道出口断面流场分析

4．2．3 箱涵式进水流道泵装置性能预测

4．3 进水流道宽度对泵装置的影响

4．3．1 进水流道内流态分析

4．3．2 进水流道出口断面流场分析

4．3．3 进水流道水力损失及泵装置性能预测

4．4 本章小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

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