泵站引河前池流态三维数值模拟研究

论文摘要

泵站引河前池是泵站的一个重要的组成部分,泵站进水口水力特性会影响水泵性能的有效发挥。在某些情况之下,水流进入引河前池后可能产生偏斜、脱壁、回流、旋涡等不良水流流态,严重影响进水池内的流态,导致水泵能量性能和汽蚀性能下降,甚至引起水泵的汽蚀和振动,引河前池内的不良流态通常通过工程措施来调整,以使水泵有良好的进水流态。模型试验方法确定整流措施耗用较多的资金和时间,近年来运用流体动力学CFD技术分析研究水流流态已经愈来愈广泛。本文以某泵站引河前池为例,以FLUENT软件为平台首先运用三种不同k -ε紊流模型对泵站引河前池流态进行计算,通过计算结果和模型试验结果比较分析,确定采用RNG k -ε紊流模型作为数值模拟的紊流模型,对泵站引河前池进行较全面的数值模拟研究,获得了多种方案的三维流动的流场。针对引河前池流场的具体特点,分析了底坎和导流墩的设置形式、尺寸、数量和位置对水力性能及流态的影响,提出底坎高度在各参数中是主要的影响因素。通过对各个整流措施具体方案出口断面流速分布均匀度的分析比较,给出了优化本例中水流流态的整流布置方案。在泵站进口处加设短直立墙,并不能有效的改善水流的流态。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 引河前池流态研究的目的及意义
• 1.2 泵站引河前池研究概况
• 1.3 计算流体力学的发展
• 1.3.1 数值模拟的发展
• 1.3.2 FLUENT 软件简介及发展
• 1.4 本文的研究方法及内容
• 第二章 泵站引河前池三维湍流数学模型和计算方法
• 2.1 控制方程
• 2.2 三维湍流模型
• 2.2.1 标准k- ε模型
• 2.2.2 RNG k- ε模型
• 2.2.3 Realizable k- ε模型
• 2.3 网格生成技术
• 2.4 边界条件
• 2.4.1 进口边界
• 2.4.2 出口边界
• 2.4.3 边壁处理
• 2.4.4 自由表面模拟技术
• 2.4.4.1 静压假定
• 2.4.4.2 刚盖假定
• 2.4.4.3 标高法
• 2.4.4.4 标记点和单元法（The Marker-And-Cell Method ）
• 2.4.4.5 VOF 法（Volume of Fluid Method ）
• 2.4.4.6 SPLASH 法
• 2.4.4.7 波前追踪法（Front Tracking Method）
• 2.4.4.8 等值面（Level Set）函数方法
• 2.4.4.9 LINK 法（Lagrangian incompressible Method ）
• 2.5 计算流场的离散化
• 2.5.1 常用的离散化方法
• 2.5.1.1 有限差分法
• 2.5.1.2 有限元法
• 2.5.1.3 有限体积法
• 2.5.2 三维问题的离散方程
• 2.6 离散方程的解法
• 2.6.1 SIMPLE 系列算法
• 2.6.1.1 SIMPLE 算法的基本思想
• 2.6.1.2 SIMPLE 算法的计算步骤
• 2.6.2 P ISO 算法
• 2.7 本章小结
• 第三章 泵站引河前池三维流场数值模拟
• 3.1 原设计方案的数值模拟
• 3.2 三种紊流模型数值模拟结果与试验结果对比
• 3.3 原方案的数值模拟结果分析
• 3.3.1 高水位工况
• 3.3.2 低水位工况
• 3.4 本章小结
• 第四章 泵站引河前池整流工程措施研究
• 4.1 引河前池中布置底坎的数值模拟分析比较
• 4.1.1 底坎高0.3H 位于 L 线时高水位工况
• 4.1.2 底坎高0.3H 位于L 线时低水位工况
• 4.1.3 底坎高0.3H 位于H线时高水位工况
• 4.1.4 底坎高0.3H 位于H 线时低水位工况
• 4.1.5 底坎高0.3H 位于 D 线时高水位工况
• 4.1.6 底坎高0.3H 位于D 线时低水位工况
• 4.2 加设底坎、倒“Y”字型导流墩的数值模拟分析
• 4.2.1 高水位工况
• 4.2.2 低水位工况
• 4.3 加设底坎、倒“Y”字型导流墩、短直立墙的数值模拟分析
• 4.3.1 高水位工况
• 4.3.2 低水位工况
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢