论文题目: 双吸水管串联布置进水池水力特性研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 水力学及河流动力学
作者: 何耘
导师: 陈惠泉,李玉梁
关键词: 进水池,吸水管,旋涡,水力特性,三维数值模拟
文献来源: 中国水利水电科学研究院
发表年度: 2005
论文摘要: 在火/核电厂的水泵房中,如两台水泵自同一进水池取水,且两泵吸水管循来流方向前后串联布置,顾虑到前管对后管的不利影响,鲜见采用。但这种布置,可给水泵房的规划设计提供更大的优化空间。本项研究便是以双管串联布置为对象,研究的主要目的是进一步了解吸水管近区复杂的水流特征,提出这种布置的可行性和应用条件。 研究取用了系统试验和数值模拟两种手段。前者是研究的主体,在一4.5m×0.32m×0.6m水槽中进行。采用粒子图像测速系统（PIV）对取水水域进行多方位、多断面的流速场量测,详尽分析不同管距对取水水力性能的影响。后者采用RNG k-ε紊流模型封闭雷诺时均流动方程,并结合VOF法确定自由水面,计算与试验相同工况的复杂三维流动。两者在整体上有着较好相互检验,并得出同一的结论。研究成果可概况为以下几个方面: 1.吸水口临界淹没深度及周围流场特点 观测和分析了吸水口周围可能出现的各类旋涡及其现象和发生成因,提出单管及双管间距4D（D为吸水管直径）情况下发生表面吸气涡和挟气水内涡的吸水口临界淹没深度（h/D）cr估算公式,分析得出（h/D）cr随着管间距（L/D）缩短而增大的结论; 吸水管串联布置时,吸水口周围流场具有复杂的强三维紊动特征。上游吸水管管后有明显的尾涡运动,左右两侧的旋涡尺度和强度随时间不断变化,没有明显规律;随着吸水管间距的缩短,水面紊动加强,流态更为紊乱。 2.吸水管周围的流速场及涡量场 管间距无穷远（即单管）时,来流平顺、流速分布均匀;当管间距有限远（4D、3D、2D）时,水流紊动强烈,各处流速、涡量随时间变化明显,流场中分布有明显的集中涡; 随着管间距的缩短,流场中出现的表面涡和水内涡的强度随之增强;当间距缩短为2D时,涡量增幅显著加大,时均流场亦出现流速不均和旋涡现象,吸水口入流恶劣。
论文目录:
摘要
ABSTRACT
目录
图索引
照片索引
表索引
第一章 概述
1.1 前言
1.2 研究背景
1.3 国内外相关研究综述
1.3.1 进水池的水力模型试验
1.3.2 进水池的设计标准
1.3.3 粒子图像测速技术(PIV)的应用
1.3.4 进水池流场的数值模拟
1.3.5 前人研究小结
1.4 研究任务及内容
1.5 研究方法及技术路线
第二章 旋涡及其运动的相关理论
2.1 紊流、涡量方程及速度环量
2.1.1 紊流
2.1.2 涡量方程及其影响因素
2.1.3 速度环量
2.1.4 总涡量守恒原理
2.2 涡旋的形成、扩散与运动
2.2.1 涡旋的形成、扩散
2.2.2 旋涡运动及类犁
2.3 进水池中的旋涡及其影响参数
2.3.1 旋涡的类型
2.3.2 旋涡的影响参数
2.3.3 临界淹没深度
2.3.4 旋涡控制
2.4 旋涡模拟相似性
2.4.1 相似性问题
2.4.2 Fr模型准则的检验
2.4.3 通用的设计方法
2.5 圆柱绕流及非定常尾迹
2.5.1 圆柱绕流和尾迹
2.5.2 旋涡脱落模式
2.5.3 尾迹的非定常性
2.5.4 涡致振动
2.6 小结
第三章 研究规划与实施
3.1 研究规划
3.1.1 规划指导思想
3.1.2 研究步骤
3.2 试验设施
3.2.1 试验设备
3.2.2 试验流量
3.2.3 量测手段
3.3 试验内容
3.4 试验组次
3.4.1 试验参数范围
3.4.2 试验组次及工况
第四章 吸水口临界淹没深度及周围的流态
4.1 前言
4.2 旋涡及临界淹没深度
4.2.1 试验现象及旋涡
4.2.2 临界淹没深度
4.2.3 单根吸水管的临界淹没深度
4.3 吸水管串联布置时旋涡及其临界淹没深度
4.3.1 试验工况
4.3.2 双管间距4D时旋涡特性及其临界淹没深度
4.3.3 双管间距与临界淹没深度的关系
4.3.4 不同工况下挟气水内涡的生成条件
4.4 吸水管串联布置时吸水管周围的流态
4.4.1 流场水力特性
4.4.2 双管间距4D时吸水管周围的流态
4.4.3 双管间距3D及2D时的流场流态
4.5 小结
第五章 吸水管近区流场测量结果及分析
5.1 概述
5.2 单管工况
5.2.1 水平A断面
5.2.2 垂向B、C断面
5.2.3 流动特性小结
5.3 管间距4D工况
5.3.1 水平A断面
5.3.2 垂向B、C断面
5.3.3 其它工况下流场特性
5.3.4 流动特性小结
5.4 管间距3D工况
5.4.1 水平A断面
5.4.2 垂向B、C断面
5.4.3 流动特性小结
5.5 管间距2D工况
5.5.1 水平A断面
5.5.2 垂向B、C断面
5.5.3 流动特性小结
5.6 小结
第六章 吸水口近区流场的水力特性
6.1 概述
6.2 水力特征参数的确定
6.3 吸水口近区入流均匀性分析
6.3.1 单管工况(工况Ⅰ-1)
6.3.2 双管间距4D工况(工况Ⅱ-1)
6.3.3 双管间距3D工况(工况Ⅲ-1)
6.3.4 双管间距2D工况(工况Ⅳ-1)
6.3.5 不同管间距工况下入流均匀性的比较
6.3.6 不同水深情况下吸水口处流动的均匀性
6.4 吸水口入流涡旋强度分析
6.5 吸水口近区入流稳定性分析
6.5.1 单管工况(工况Ⅰ-1)
6.5.2 管间距4D工况(工况Ⅱ-1)
6.5.3 管间距3D(工况Ⅲ-1)
6.5.4 管间距2D(工况Ⅳ-1)
6.5.5 不同管间距工况下入流稳定性的比较
6.5.6 不同水深情况下吸水口处流动的稳定性
6.6 小结
第七章 数值模拟计算
7.1 紊流模型及数值计算方法
7.1.1 紊流模型及其控制方程
7.1.2 自由水面处理
7.1.3 离散格式及数值计算方法
7.1.4 边界条件
7.1.5 网格生成
7.2 数值模拟结果的验证
7.2.1 吸水口近区流速场的对比
7.2.2 近表层流速场的对比
7.2.3 自由水面的模拟
7.3 数值计算结果分析
7.4 数值模拟的拓延
7.5 小结
第八章 结论
8.1 主要研究成果
8.2 主要创新点
8.3 有待进一步的工作
参考文献
致谢
附录：博士生期间发表学术论文及参加科研情况
发布时间: 2006-03-06
参考文献
- [1].进水池内涡旋流动的LBM-VOF数值模拟与实验研究[D]. 郭苗.中国农业大学2018
- [2].泵站封闭式进水池顶板附壁涡流动机理及控制研究[D]. 夏臣智.扬州大学2018
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